專利名稱：一種仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)90年代初期，是一類可以模擬人類下頜運(yùn)動(dòng)行為，再現(xiàn)人類下頜運(yùn)動(dòng)和力的機(jī)器人。它是集機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、感知系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制、生物力學(xué)及機(jī)械電子學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)于一體的工程科學(xué)，可直接應(yīng)用于牙科學(xué)、食品科學(xué)、生物力學(xué)等學(xué)科研究領(lǐng)域。國內(nèi)在仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的研究很少，本專利申請(qǐng)者曾提出一種擬人化的柔索驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)咀嚼機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)采用柔索驅(qū)動(dòng)，具有較好的柔順性。國外研究開展的較早，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與控制等領(lǐng)域取得了一些研究成果，但在機(jī)構(gòu)的仿生性方面存在不足。美國專利US6120290公開了一種下頜運(yùn)動(dòng)模擬器，該機(jī)構(gòu)包括六條運(yùn)動(dòng)支鏈，支鏈下端與固定平臺(tái)上的電機(jī)相連，上端與末端執(zhí)行器(下頜平臺(tái))相連，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)下頜平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，由于該機(jī)構(gòu)的支鏈與固定平臺(tái)和下頜平臺(tái)的連接點(diǎn)在一個(gè)平面上，沒有考慮人類下頜系統(tǒng)肌肉的生物力學(xué)特性，不能真實(shí)仿生下頜的運(yùn)動(dòng)學(xué)功能。目前的仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人大部分只考慮了上下頜運(yùn)動(dòng)，沒有考慮下頜系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)肌肉的生物力學(xué)特征，只能實(shí)現(xiàn)部分咀嚼功能，以致不能全面真實(shí)地再現(xiàn)下頜運(yùn)動(dòng)功能和咀嚼環(huán)境，無法準(zhǔn)確地模擬人類下頜系統(tǒng)的生物力學(xué)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)人類下頜系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)肌肉存在分布不對(duì)稱、作用力方向不同以及與上下頜的連接點(diǎn)不共面的生物力學(xué)特性，基于機(jī)械仿生原理，提出一種基于6-PSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人。與同類機(jī)器人相比較，該機(jī)器人可真實(shí)再現(xiàn)人類下頜運(yùn)動(dòng)功能和咀嚼環(huán)境，滿足運(yùn)動(dòng)軌跡真實(shí)性和咬合力度合理性要求，解決仿生性不高的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是該仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人包括靜平臺(tái)、六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置、六條運(yùn)動(dòng)支鏈和下頜平臺(tái)。所述靜平臺(tái)，包括電機(jī)支撐板、上平臺(tái)支撐板、下平臺(tái)支撐板、定長桿。六根定長桿根據(jù)驅(qū)動(dòng)肌肉與上頜連接點(diǎn)位置分布，定長桿兩端分別與上平臺(tái)支撐板和下平臺(tái)支撐板采用內(nèi)六角螺釘固定連接，電機(jī)支撐板上有螺紋孔，與上平臺(tái)支撐板連接，靜平臺(tái)用于支撐和承載整個(gè)機(jī)器人的重量。所述六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，包括電機(jī)、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、絲杠螺母、關(guān)節(jié)連接塊、工作臺(tái)、墊塊、滑塊、導(dǎo)軌、圓錐滾子軸承和軸承座。電機(jī)固定在電機(jī)支撐板上，并通過聯(lián)軸器與絲杠連接；滾珠絲杠的下軸頭通過兩個(gè)圓錐滾子軸承和絲杠下軸頭螺母與絲杠軸承座固定連接，絲杠軸承座通過螺釘固定在靜平臺(tái)的定長桿上；絲杠螺母與工作臺(tái)通過內(nèi)六角螺釘固定連接，工作臺(tái)通過墊塊與導(dǎo)軌上的滑塊固定連 接，導(dǎo)軌固定連接在定長桿上；工作臺(tái)上的關(guān)節(jié)連接塊與運(yùn)動(dòng)支鏈的球面軸承的柄軸固定連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈實(shí)現(xiàn)下頜平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。所述六條運(yùn)動(dòng)支鏈，包括關(guān)節(jié)軸承、導(dǎo)向軸、連接板、連桿。所述關(guān)節(jié)軸承，包括固定座和柄軸。運(yùn)動(dòng)支鏈與驅(qū)動(dòng)裝置連接端由兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承分別與兩個(gè)導(dǎo)向軸螺紋連接，兩個(gè)導(dǎo)向軸之間采用連接板通過螺紋結(jié)構(gòu)連接，連接板中心有螺紋孔，用于與連桿的連接；所述連桿，上端與連接板中心孔螺紋連接，下端與關(guān)節(jié)軸承螺紋連接。運(yùn)動(dòng)支鏈與下頜平臺(tái)連接端通過關(guān)節(jié)軸承的柄軸與下頜關(guān)節(jié)連接塊螺紋連接。 所述下頜平臺(tái)，包括下頜關(guān)節(jié)連接塊和下頜機(jī)構(gòu)。所述下頜機(jī)構(gòu)，代表機(jī)器人的下頜運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；所述下頜關(guān)節(jié)連接塊，是連接運(yùn)動(dòng)支鏈與關(guān)節(jié)軸承柄軸的部件，通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在下頜機(jī)構(gòu)上。將六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置和六條運(yùn)動(dòng)支鏈通過相同的方式組裝，共同連接機(jī)器人的靜平臺(tái)和下頜平臺(tái)，完成仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的組裝。 本發(fā)明的效果和益處是I、本發(fā)明設(shè)計(jì)思想來源于人類下頜肌肉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原型，運(yùn)動(dòng)支鏈作用力方向以及與上、下頜連接點(diǎn)位置與下頜肌肉的生物力學(xué)特征相一致，可真實(shí)再現(xiàn)人類下頜運(yùn)動(dòng)軌跡。2、本發(fā)明提出的6-PSS仿下頜并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)支鏈對(duì)下頜的作用力在肌肉力作用線方向上，作用點(diǎn)位于肌肉在下頜的連接點(diǎn)上，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)仿生程度更高。3、本發(fā)明綜合考慮高仿生性和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可行性要求，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)中各支鏈與上下頜機(jī)構(gòu)的連接作用點(diǎn)以及支鏈桿長，機(jī)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)性能。4、本發(fā)明針對(duì)下頜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間較小的特點(diǎn)，將驅(qū)動(dòng)裝置安裝在固定平臺(tái)上，整體機(jī)構(gòu)相對(duì)簡單，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)支鏈具有良好的動(dòng)態(tài)特性。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖3是本發(fā)明的靜平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的下頜平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖。圖中1靜平臺(tái)；11驅(qū)動(dòng)裝置；III運(yùn)動(dòng)支鏈；IV下頜平臺(tái)；1電機(jī)支撐板；2定長桿；3上平臺(tái)支撐板；4下平臺(tái)支撐板；5電機(jī)；6聯(lián)軸器；7絲杠；8絲杠螺母；9關(guān)節(jié)連接塊；10工作臺(tái)；11墊塊；12滑塊；13導(dǎo)軌；14圓錐滾子軸承；15絲杠軸承座；16關(guān)節(jié)軸承；17導(dǎo)向軸；18連接板；19連桿；20下頜關(guān)節(jié)連接塊；21下頜機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。該仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人包括靜平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)裝置、運(yùn)動(dòng)支鏈和下頜平臺(tái)，采用伺服驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)下頜張開、閉合、咬合的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的具體動(dòng)作過程
根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的下頜運(yùn)動(dòng)，電機(jī)5將轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器6傳給絲杠7，絲杠7帶動(dòng)絲杠螺母8運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為絲杠螺母8的直線運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)10固定在絲杠螺母8上，實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)10在導(dǎo)軌13上作直線運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)支鏈III的兩端分別與固定在工作臺(tái)10上的關(guān)節(jié)連接塊9和下頜平臺(tái)IV上的下頜關(guān)節(jié)連接塊20通過螺紋連接，從而將六個(gè)工作臺(tái)10沿導(dǎo)軌13的在垂直方向的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為下頜機(jī)構(gòu)21在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的具體安裝過程 靜平臺(tái)I安裝靜平臺(tái)I上設(shè)有安裝孔，通過螺栓將下平臺(tái)支撐板4與地面固定，用于固定導(dǎo)軌13的定長桿2兩端分別與上平臺(tái)支撐板3和下平臺(tái)支撐板4采用內(nèi)六角螺釘固定連接，同時(shí)電機(jī)支撐板I使用六角螺釘與上平臺(tái)支撐板3固聯(lián)。驅(qū)動(dòng)裝置II安裝電機(jī)I固定在電機(jī)支撐板I上，并通過聯(lián)軸器6與絲杠7連接。絲杠螺母8與工作臺(tái)10通過內(nèi)六角螺釘固定連接，工作臺(tái)10的兩個(gè)面上留有安裝孔，分別用于和關(guān)節(jié)連接塊9、墊塊11以及絲杠螺母8的固定連接，滑塊12安裝在導(dǎo)軌13上，導(dǎo)軌13固連在定長桿2上；絲杠7的下軸頭通過兩個(gè)圓錐滾子軸承14和絲杠下軸頭螺母與絲杠軸承座15安裝連接，將絲杠軸承座15固定在定長桿2上。運(yùn)動(dòng)支鏈III安裝連接板18上留有三個(gè)螺紋孔，分別用于安裝兩根導(dǎo)向軸17和連桿19 ;導(dǎo)向軸17和連桿19的另一端分別安裝關(guān)節(jié)軸承16。下頜平臺(tái)IV安裝下頜機(jī)構(gòu)21上留有六個(gè)螺紋孔，分別將六個(gè)下頜關(guān)節(jié)連接塊20安裝于此六個(gè)螺紋孔內(nèi)。將六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置II和六條運(yùn)動(dòng)支鏈III以相同方式組裝，并通過關(guān)節(jié)軸承16與靜平臺(tái)I和下頜平臺(tái)IV相連，完成仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的組裝。
權(quán)利要求
1.一種仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，包括靜平臺(tái)(I)、驅(qū)動(dòng)裝置(II)、運(yùn)動(dòng)支鏈(III)和下頜平臺(tái)(IV);其特征在于 靜平臺(tái)(I)是并聯(lián)機(jī)器人的固定平臺(tái)，包括電機(jī)支撐板(I)、上平臺(tái)支撐板(3)、下平臺(tái)支撐板(4)、定長桿(2);六根定長桿(2)根據(jù)驅(qū)動(dòng)肌肉與上頜連接點(diǎn)位置分布，定長桿(2)兩端分別與上平臺(tái)支撐板(3)和下平臺(tái)支撐板(4)采用內(nèi)六角螺釘固定連接，電機(jī)支撐板(I)上有螺紋孔，與上平臺(tái)支撐板(3)連接，靜平臺(tái)(I)用于支撐和承載整個(gè)機(jī)器人的重量; 六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(II)包括電機(jī)(5)、聯(lián)軸器￠)、滾珠絲杠(7)、絲杠螺母(8)、關(guān)節(jié)連接塊(9)、工作臺(tái)(10)、墊塊(11)、滑塊(12)、導(dǎo)軌(13)、圓錐滾子軸承(14)和絲杠軸承座(15);電機(jī)(5)固定在電機(jī)支撐板⑴上，通過聯(lián)軸器(6)與絲杠(7)連接；絲杠(7)的下軸頭通過兩個(gè)圓錐滾子軸承(14)和絲杠(7)下軸頭螺母與絲杠軸承座(14)固定連接，絲杠軸承座(14)通過螺釘固定在定長桿(2)上；絲杠螺母(8)與工作臺(tái)(10)通過內(nèi)六角螺釘固定連接，工作臺(tái)(10)通過墊塊(11)與滑塊(12)固定連接，導(dǎo)軌(13)固定連接在定長桿⑵上；工作臺(tái)(10)上的關(guān)節(jié)連接塊(9) 與運(yùn)動(dòng)支鏈(III)的球面軸承(16)固定連接，電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)支鏈(III)實(shí)現(xiàn)下頜機(jī)構(gòu)(21)的運(yùn)動(dòng)； 六條運(yùn)動(dòng)支鏈(III)包括關(guān)節(jié)軸承(16)、導(dǎo)向軸(17)、連接板(18)、連桿(19);運(yùn)動(dòng)支鏈(III)與驅(qū)動(dòng)裝置(II)的連接端由兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承(16)分別與兩個(gè)導(dǎo)向軸(17)螺紋連接，兩個(gè)導(dǎo)向軸(17)之間采用連接板(18)螺紋連接，連接板(18)中心有螺紋孔，用于與連桿(19)的連接，連桿(19)上端與連接板(18)中心孔螺紋連接，下端與關(guān)節(jié)軸承(16)螺紋連接，運(yùn)動(dòng)支鏈(III)根據(jù)下頜驅(qū)動(dòng)肌肉的生物力學(xué)特性布置，帶動(dòng)下頜機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)； 下頜平臺(tái)(IV)包括下頜關(guān)節(jié)連接塊(20)和下頜機(jī)構(gòu)(21);下頜關(guān)節(jié)連接塊(20)通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在下頜機(jī)構(gòu)上，并將運(yùn)動(dòng)支鏈(III)與下頜機(jī)構(gòu)(21)的連接在一起，實(shí)現(xiàn)下頜機(jī)構(gòu)(21)的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，可為牙科學(xué)、食品科學(xué)、生物力學(xué)的研究提供科學(xué)手段。該仿下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人包括靜平臺(tái)、六個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置、六條運(yùn)動(dòng)支鏈和下頜平臺(tái)。驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)和滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)組成，驅(qū)動(dòng)六條運(yùn)動(dòng)支鏈實(shí)現(xiàn)下頜平臺(tái)在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明綜合考慮了人體下頜系統(tǒng)尺寸參數(shù)和下頜肌肉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)生物力學(xué)特性，可真實(shí)再現(xiàn)人類下頜運(yùn)動(dòng)功能和咀嚼環(huán)境，滿足運(yùn)動(dòng)軌跡真實(shí)性和咬合力度合理性要求。
文檔編號(hào)A61C19/045GK102626348SQ20121011618
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者叢明, 劉同占, 徐衛(wèi)良, 杜婧, 溫海營 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)