[发明专利]一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人。

背景技术

咀嚼机器人通过复现真实人类咀嚼食物的动作，并采集分析咀嚼过程的各种信息,包括下颌骨不同位姿、关节位移、咀嚼速度等内容。为分析食品材料咀嚼特性、牙科材料测试提供实验分析依据。咀嚼机器人研究是包含机构学、机械运动学及动力学、控制工程、食品科学、生物力学及机械电子学于一体的工程科学。目前咀嚼机器人在机械结构及控制方面，对咀嚼运动多采用单一压头替代下颌压缩机构或由电动缸、伺服电机驱动，运动控制卡控制的典型斯图尔特平台及其变形机构,使用并联机构，运动学反解及控制较复杂，机构也比较庞大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于包括：一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于包括：XY工作平台、下颌动平台、上颌平台、颞下颌连接件、驱动控制系统、两条驱动链；两条驱动链对称设置于下颌动平台两侧，XY工作平台上方通过连杆连接下颌动平台，颞下颌连接件连接下颌动平台和上颌平台，下颌动平台与上颌平台上设置有义齿模型，驱动控制系统控制驱动链实现下颌动平台矢状面移动，并控制XY工作平台实现下颌动平台水平面移动。

进一步的，在于所述驱动链包括第一虎克铰、设于舵机固定板上的舵机、驱动轴、第二虎克铰；舵机的舵盘通过摇臂连接第一虎克铰，第一虎克铰通过驱动轴连接第二虎克铰，第二虎克铰通过轴承与下颌动平台连接，舵机连接驱动控制系统。舵机由驱动控制系统控制其运动角度大小和速度变化，舵机的舵盘通过摇臂第一虎克铰、驱动轴、第二虎克铰组成的驱动链，驱动下颌动平台，完成矢状面上闭颌动作。

进一步的，XY工作平台包括结构相同的X轴工作台和Y轴工作台，工作台均包括步进电机、联轴器、滚珠丝杠、动平台；步进电机的输出轴通过联轴器连接有滚珠杠，滚珠丝杠通过丝杠螺母套有在滚珠丝杠上移动的动平台；X轴工作台的动平台固定与Y轴工作台的动平台上，X轴工作台的步进电机与Y轴工作台步进电机方向垂直，步进电机与驱动控制系统连接。驱动控制系统依据运动数据驱动两个工作台的步进电机，控制动平台在水平面上的移动，动平台通过丝杠及颞下颌连接件，模拟人类下颌，水平面上的动作轨迹。

进一步的，工作台还包括电机固定架和圆柱导轨，圆柱导轨固定于工作台的导轨槽内，动平台套于圆柱导轨上，保证动平台工作的稳定性。

进一步的，驱动控制系统包括主控芯片、压力传感器、ADC模块、串口通信模块、步进电机驱动器、陀螺仪，步进电机驱动器包括X轴步进电机驱动器和Y轴步进电机驱动器，主控芯片连接步进电机驱动器、陀螺仪、串口通信模块、X轴步进电机驱动器和Y轴步进电机驱动器；压力传感器设置于义齿模型牙槽处与主控芯片连接；陀螺仪设置于下颌动平台上。压力传感器数据经ADC模块转换后通过主控芯片和串口通信模块向上位机打印压力值变化。于此同时，陀螺仪将位姿状态通过串口通信模块向上位机发送。主控芯片控制步进电机驱动器和舵机完成下颌动平台的运动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本专利结构部分采用XY工作台配合左右两侧舵机同时工作，模拟水平面及矢状面的咀嚼运动轨迹，可再现人类真实的齿面形状，并且依据在矢状面与水平面的真实运动轨迹，复原人类咀嚼动作，具有更好的仿生性具有更真实的感官性；通过调节步进电机电压及细分调整电机扭矩实现不同咀嚼力的变化；通过调整驱动器脉冲频率的方法，改变机构的咀嚼速度。在收集食品压力变化及下颌对应位置信号的同时，完成实时控制。

2、克服并联机构，运动学反解及控制较复杂，机构比较庞大的问题，结构简单，控制运算简便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明侧视图；

图3是XY平台图；

图4是下颌和上颌示意图；

图5是咀嚼机器人控制硬件框图。

图中：I-固定上平台；II-下颌动平台；III-XY工作平台；IV-底板；1-上颌固定板；2-L形连接片；3-舵机固定板；4-角铁a；5-角铁b；6-角铁c；7-动平台；9-步进电机；10-电机固定架；11-联轴器；12-圆柱导轨；13-滚珠丝杠；14-舵机；15-第一虎克铰；16-驱动轴；17-第二虎克铰；19-连杆；20-颞下颌连接件；21-上颌平台。