一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，包括：XY工作平臺、下頜動平臺、上頜平臺、顳下頜連接件、驅(qū)動控制系統(tǒng)、兩條驅(qū)動鏈；兩條驅(qū)動鏈對稱設(shè)置于下頜動平臺兩側(cè)，XY工作平臺上方通過連桿連接下頜動平臺，顳下頜連接件連接下頜動平臺和上頜平臺，下頜動平臺與上頜平臺上安裝有義齒模型，驅(qū)動控制系統(tǒng)控制驅(qū)動鏈實現(xiàn)下頜動平臺矢狀面移動，并控制XY工作平臺實現(xiàn)下頜動平臺水平面移動；本發(fā)明結(jié)構(gòu)部分采用XY工作臺配合左右兩側(cè)舵機同時工作，模擬水平面及矢狀面的咀嚼運動軌跡，克服并聯(lián)機構(gòu)，運動學(xué)反解及控制較復(fù)雜，機構(gòu)比較龐大的問題，結(jié)構(gòu)簡單，控制運算簡便。
【專利說明】
一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]咀嚼機器人通過復(fù)現(xiàn)真實人類咀嚼食物的動作，并采集分析咀嚼過程的各種信息，包括下頌骨不同位姿、關(guān)節(jié)位移、咀嚼速度等內(nèi)容。為分析食品材料咀嚼特性、牙科材料測試提供實驗分析依據(jù)。咀嚼機器人研究是包含機構(gòu)學(xué)、機械運動學(xué)及動力學(xué)、控制工程、 食品科學(xué)、生物力學(xué)及機械電子學(xué)于一體的工程科學(xué)。目前咀嚼機器人在機械結(jié)構(gòu)及控制方面，對咀嚼運動多采用單一壓頭替代下頌壓縮機構(gòu)或由電動缸、伺服電機驅(qū)動，運動控制卡控制的典型斯圖爾特平臺及其變形機構(gòu)，使用并聯(lián)機構(gòu)，運動學(xué)反解及控制較復(fù)雜，機構(gòu)也比較龐大。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]—種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于包括:一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于包括:XY工作平臺、下頌動平臺、上頌平臺、顳下頌連接件、驅(qū)動控制系統(tǒng)、兩條驅(qū)動鏈;兩條驅(qū)動鏈對稱設(shè)置于下頌動平臺兩側(cè)，XY工作平臺上方通過連桿連接下頌動平臺，顳下頌連接件連接下頌動平臺和上頌平臺，下頌動平臺與上頌平臺上設(shè)置有義齒模型，驅(qū)動控制系統(tǒng)控制驅(qū)動鏈實現(xiàn)下頌動平臺矢狀面移動，并控制XY 工作平臺實現(xiàn)下頌動平臺水平面移動。
[0006]進(jìn)一步的，在于所述驅(qū)動鏈包括第一虎克鉸、設(shè)于舵機固定板上的舵機、驅(qū)動軸、 第二虎克鉸;舵機的舵盤通過搖臂連接第一虎克鉸，第一虎克鉸通過驅(qū)動軸連接第二虎克鉸，第二虎克鉸通過軸承與下頌動平臺連接，舵機連接驅(qū)動控制系統(tǒng)。舵機由驅(qū)動控制系統(tǒng)控制其運動角度大小和速度變化，舵機的舵盤通過搖臂第一虎克鉸、驅(qū)動軸、第二虎克鉸組成的驅(qū)動鏈，驅(qū)動下頌動平臺，完成矢狀面上閉頌動作。
[0007]進(jìn)一步的，XY工作平臺包括結(jié)構(gòu)相同的X軸工作臺和Y軸工作臺，工作臺均包括步進(jìn)電機、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、動平臺；步進(jìn)電機的輸出軸通過聯(lián)軸器連接有滾珠杠，滾珠絲杠通過絲杠螺母套有在滾珠絲杠上移動的動平臺;X軸工作臺的動平臺固定與Y軸工作臺的動平臺上，X軸工作臺的步進(jìn)電機與Y軸工作臺步進(jìn)電機方向垂直，步進(jìn)電機與驅(qū)動控制系統(tǒng)連接。驅(qū)動控制系統(tǒng)依據(jù)運動數(shù)據(jù)驅(qū)動兩個工作臺的步進(jìn)電機，控制動平臺在水平面上的移動，動平臺通過絲杠及顳下頌連接件，模擬人類下頌，水平面上的動作軌跡。
[0008]進(jìn)一步的，工作臺還包括電機固定架和圓柱導(dǎo)軌，圓柱導(dǎo)軌固定于工作臺的導(dǎo)軌槽內(nèi)，動平臺套于圓柱導(dǎo)軌上，保證動平臺工作的穩(wěn)定性。
[0009]進(jìn)一步的，驅(qū)動控制系統(tǒng)包括主控芯片、壓力傳感器、ADC模塊、串口通信模塊、步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀螺儀，步進(jìn)電機驅(qū)動器包括X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器，主控芯片連接步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀螺儀、串口通信模塊、X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器;壓力傳感器設(shè)置于義齒模型牙槽處與主控芯片連接;陀螺儀設(shè)置于下頌動平臺上。壓力傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)ADC模塊轉(zhuǎn)換后通過主控芯片和串口通信模塊向上位機打印壓力值變化。 于此同時，陀螺儀將位姿狀態(tài)通過串口通信模塊向上位機發(fā)送。主控芯片控制步進(jìn)電機驅(qū)動器和舵機完成下頌動平臺的運動。
[0010]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0011]1、本專利結(jié)構(gòu)部分采用XY工作臺配合左右兩側(cè)舵機同時工作，模擬水平面及矢狀面的咀嚼運動軌跡，可再現(xiàn)人類真實的齒面形狀，并且依據(jù)在矢狀面與水平面的真實運動軌跡，復(fù)原人類咀嚼動作，具有更好的仿生性具有更真實的感官性;通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機電壓及細(xì)分調(diào)整電機扭矩實現(xiàn)不同咀嚼力的變化;通過調(diào)整驅(qū)動器脈沖頻率的方法，改變機構(gòu)的咀嚼速度。在收集食品壓力變化及下頌對應(yīng)位置信號的同時，完成實時控制。
[0012]2、克服并聯(lián)機構(gòu)，運動學(xué)反解及控制較復(fù)雜，機構(gòu)比較龐大的問題，結(jié)構(gòu)簡單，控制運算簡便?！靖綀D說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明側(cè)視圖；
[0015]圖3是XY平臺圖；[0〇16]圖4是下頌和上頌不意圖；
[0017]圖5是咀嚼機器人控制硬件框圖。
[0018]圖中:1-固定上平臺；I1-下頌動平臺；II1-XY工作平臺；IV-底板；1-上頌固定板； 形連接片；3-航機固定板;4-角鐵a; 5-角鐵b; 6-角鐵c; 7-動平臺；9-步進(jìn)電機；10-電機固定架；11-聯(lián)軸器；12-圓柱導(dǎo)軌；13-滾珠絲杠；14-舵機；15-第一虎克鉸；16-驅(qū)動軸；17-第二虎克鉸;19-連桿;20-顳下頌連接件;21-上頌平臺?！揪唧w實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]實施例
[0022]實施中，本發(fā)明包括:XY工作平臺II1、下頌動平臺I1、上頌平臺21、顳下頌連接件 20、驅(qū)動控制系統(tǒng)、兩條驅(qū)動鏈;兩條驅(qū)動鏈對稱設(shè)置于下頌動平臺II兩側(cè)控制其上下運動，XY工作平臺III設(shè)于下頌動平臺II下方并通過連桿19連接，顳下頌連接件20連接下頌動平臺II和上頌平臺21。
[0023]XY工作平臺III固定于底板IV上，固定上平臺I與XY工作平臺III通過角鐵a4固定， 固定上平臺I下方有上頌固定板1，上頌平臺20通過L形連接片2固定于上頌固定板1上，下頌動平臺II設(shè)于XY工作平臺III上方，角鐵b6與角鐵c7通過螺栓連接在動平臺7上，動平臺7通過角鐵b6、角鐵c7與顳下頌連接件20固結(jié)帶動下頌動平臺II，顳下頌連接件20通過連桿19 通過螺栓螺母連接XY工作平臺頂層的動平臺7。
[0024] 滾珠絲杠13通過聯(lián)軸器11與步進(jìn)電機9連接，步進(jìn)電機9通過螺紋孔及螺栓連接電機固定架10,圓柱導(dǎo)軌12固定導(dǎo)軌槽內(nèi)，動平臺7套于圓柱導(dǎo)軌12上。[〇〇25]驅(qū)動鏈包括第一虎克鉸15、設(shè)于舵機固定板3上的舵機14、驅(qū)動軸16、第二虎克鉸 17;舵機14的舵盤連接第一虎克鉸15,第一虎克鉸15通過驅(qū)動軸16連接第二虎克鉸17,第二虎克鉸17通過軸承與下頌動平臺II連接，舵機14連接驅(qū)動控制系統(tǒng)。舵機14由驅(qū)動控制系統(tǒng)控制其運動角度大小和速度變化，舵機14的舵盤帶動第一虎克鉸15、驅(qū)動軸16、第二虎克鉸17組成的驅(qū)動鏈，驅(qū)動下頌動平臺II，完成矢狀面上動作。
[0026]驅(qū)動控制系統(tǒng)包括主控芯片、壓力傳感器、ADC模塊、串口通信模塊、步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀螺儀，步進(jìn)電機驅(qū)動器包括X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器，主控芯片連接步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀螺儀、串口通信模塊、X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器;壓力傳感器設(shè)置于義齒模型牙槽處，通過通過ADC模塊與主控芯片連接;陀螺儀設(shè)置于下頌動平臺上。壓力傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)ADC模塊轉(zhuǎn)換后通過主控芯片和串口通信模塊向上位機打印壓力值變化。于此同時，陀螺儀將位姿狀態(tài)通過串口向上位機發(fā)送。主控芯片控制步進(jìn)電機驅(qū)動器和舵機完成下頌動平臺的運動。[〇〇27] 步進(jìn)電機驅(qū)動器使用TB6600,主控芯片使用stm32f407,壓力傳感器使用FSR400 0.2〃電阻式壓力傳感器，陀螺儀使用mpu6050陀螺儀，主控芯片通過通用定時器下PWM通道對應(yīng)的10 口連接步進(jìn)電機驅(qū)動器脈沖端、主控芯片通過10 口模擬的IIC連接mpu6050陀螺儀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于包括:XY工作平臺(III)、下 頌動平臺(II)、上頌平臺(21)、顳下頌連接件(20)、驅(qū)動控制系統(tǒng)、兩條驅(qū)動鏈;兩條驅(qū)動鏈 對稱設(shè)置于下頌動平臺(II)兩側(cè)，XY工作平臺(III)上方通過連桿連接下頌動平臺(II)，顳 下頌連接件(20)連接下頌動平臺(II)和上頌平臺(21)，下頌動平臺(II)與上頌平臺(21)上 安裝有義齒模型，驅(qū)動控制系統(tǒng)控制驅(qū)動鏈實現(xiàn)下頌動平臺(II)矢狀面移動，并控制XY工 作平臺(III)實現(xiàn)下頌動平臺(II)水平面移動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于所述 驅(qū)動鏈包括第一虎克鉸(15)、設(shè)于舵機固定板(3)上的舵機、驅(qū)動軸(16)、第二虎克鉸(17); 舵機的舵盤通過搖臂連接第一虎克鉸(15)，第一虎克鉸(15)通過驅(qū)動軸(16)連接第二虎克 鉸(17 )，第二虎克鉸(17)通過軸承與下頌動平臺(II)連接，舵機連接驅(qū)動控制系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于所述 XY工作平臺(III)包括結(jié)構(gòu)相同的X軸工作臺和Y軸工作臺，工作臺均包括步進(jìn)電機(9)、聯(lián) 軸器(11)、滾珠絲杠(13)、動平臺(7);步進(jìn)電機(9)的輸出軸通過聯(lián)軸器(11)連接有滾珠杠 (13 )，滾珠絲杠(13)通過絲杠螺母套有在滾珠絲杠(13)上移動的動平臺(7); X軸工作臺的 動平臺固定與Y軸工作臺的動平臺上，X軸工作臺的步進(jìn)電機與Y軸工作臺步進(jìn)電機方向垂 直，步進(jìn)電機(9)與驅(qū)動控制系統(tǒng)連接。4.據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于所述工 作臺還包括電機固定架(10)和圓柱導(dǎo)軌(12)，圓柱導(dǎo)軌(12)固定于工作臺的導(dǎo)軌槽內(nèi)，動 平臺(7)套于圓柱導(dǎo)軌(12)上。5.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于義齒及食品檢測仿生咀嚼機器人，其特征在于所述驅(qū) 動控制系統(tǒng)包括主控芯片、壓力傳感器、串口通信模塊、步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀螺儀，步進(jìn)電機 驅(qū)動器包括X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器，主控芯片連接步進(jìn)電機驅(qū)動器、陀 螺儀、串口通信模塊、X軸步進(jìn)電機驅(qū)動器和Y軸步進(jìn)電機驅(qū)動器;壓力傳感器設(shè)置與咀嚼機 器人咬合面上與主控芯片連接;陀螺儀設(shè)置于下頌動平臺(II)上。
【文檔編號】G01N33/00GK106093305SQ201610408044
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】徐尚龍, 湯文杰, 王瑞甫, 張曉飛
【申請人】電子科技大學(xué)