一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人的制作方法
【专利摘要】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，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安装有义齿模型，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；本发明结构部分采用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，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。
【专利说明】
一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人
技术领域
[0001]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】
[0002]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，包括下颂骨不同位姿、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颂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】
[0003]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。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]—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、下颂动平台、上颂平台、颞下颂连接件、驱动控制系统、两条驱动链;两条驱动链对称设置于下颂动平台两侧，XY工作平台上方通过连杆连接下颂动平台，颞下颂连接件连接下颂动平台和上颂平台，下颂动平台与上颂平台上设置有义齿模型，驱动控制系统控制驱动链实现下颂动平台矢状面移动，并控制XY 工作平台实现下颂动平台水平面移动。
[0006]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颂动平台连接，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，驱动下颂动平台，完成矢状面上闭颂动作。
[0007]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颂连接件，模拟人类下颂，水平面上的动作轨迹。
[0008]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。
[0009]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;陀螺仪设置于下颂动平台上。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颂动平台的运动。
[0010]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0011]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颂对应位置信号的同时，完成实时控制。
[0012]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】
[0013]图1是本发明的结构示意图；
[0014]图2是本发明侧视图；
[0015]图3是XY平台图；[0〇16]图4是下颂和上颂不意图；
[0017]图5是咀嚼机器人控制硬件框图。
[0018]图中:1-固定上平台；I1-下颂动平台；II1-XY工作平台；IV-底板；1-上颂固定板； 形连接片；3-航机固定板;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-颞下颂连接件;21-上颂平台。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图，对本发明作详细的说明。
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]实施例
[0022]实施中，本发明包括:XY工作平台II1、下颂动平台I1、上颂平台21、颞下颂连接件 20、驱动控制系统、两条驱动链;两条驱动链对称设置于下颂动平台II两侧控制其上下运动，XY工作平台III设于下颂动平台II下方并通过连杆19连接，颞下颂连接件20连接下颂动平台II和上颂平台21。
[0023]XY工作平台III固定于底板IV上，固定上平台I与XY工作平台III通过角铁a4固定， 固定上平台I下方有上颂固定板1，上颂平台20通过L形连接片2固定于上颂固定板1上，下颂动平台II设于XY工作平台III上方，角铁b6与角铁c7通过螺栓连接在动平台7上，动平台7通过角铁b6、角铁c7与颞下颂连接件20固结带动下颂动平台II，颞下颂连接件20通过连杆19 通过螺栓螺母连接XY工作平台顶层的动平台7。
[0024] 滚珠丝杠13通过联轴器11与步进电机9连接，步进电机9通过螺纹孔及螺栓连接电机固定架10,圆柱导轨12固定导轨槽内，动平台7套于圆柱导轨12上。[〇〇25]驱动链包括第一虎克铰15、设于舵机固定板3上的舵机14、驱动轴16、第二虎克铰 17;舵机14的舵盘连接第一虎克铰15,第一虎克铰15通过驱动轴16连接第二虎克铰17,第二虎克铰17通过轴承与下颂动平台II连接，舵机14连接驱动控制系统。舵机14由驱动控制系统控制其运动角度大小和速度变化，舵机14的舵盘带动第一虎克铰15、驱动轴16、第二虎克铰17组成的驱动链，驱动下颂动平台II，完成矢状面上动作。
[0026]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，通过通过ADC模块与主控芯片连接;陀螺仪设置于下颂动平台上。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颂动平台的运动。[〇〇27] 步进电机驱动器使用TB6600,主控芯片使用stm32f407,压力传感器使用FSR400 0.2〃电阻式压力传感器，陀螺仪使用mpu6050陀螺仪，主控芯片通过通用定时器下PWM通道对应的10 口连接步进电机驱动器脉冲端、主控芯片通过10 口模拟的IIC连接mpu6050陀螺仪进行数据读写。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一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(III)、下 颂动平台(II)、上颂平台(21)、颞下颂连接件(20)、驱动控制系统、两条驱动链;两条驱动链 对称设置于下颂动平台(II)两侧，XY工作平台(III)上方通过连杆连接下颂动平台(II)，颞 下颂连接件(20)连接下颂动平台(II)和上颂平台(21)，下颂动平台(II)与上颂平台(21)上 安装有义齿模型，驱动控制系统控制驱动链实现下颂动平台(II)矢状面移动，并控制XY工 作平台(III)实现下颂动平台(II)水平面移动。2.根据权利要求1所述的一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于所述 驱动链包括第一虎克铰(15)、设于舵机固定板(3)上的舵机、驱动轴(16)、第二虎克铰(17); 舵机的舵盘通过摇臂连接第一虎克铰(15)，第一虎克铰(15)通过驱动轴(16)连接第二虎克 铰(17 )，第二虎克铰(17)通过轴承与下颂动平台(II)连接，舵机连接驱动控制系统。3.根据权利要求1所述的一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于所述 XY工作平台(III)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(9)、联 轴器(11)、滚珠丝杠(13)、动平台(7);步进电机(9)的输出轴通过联轴器(11)连接有滚珠杠 (13 )，滚珠丝杠(13)通过丝杠螺母套有在滚珠丝杠(13)上移动的动平台(7); 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(9)与驱动控制系统连接。4.据权利要求3所述的一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于所述工 作台还包括电机固定架(10)和圆柱导轨(12)，圆柱导轨(12)固定于工作台的导轨槽内，动 平台(7)套于圆柱导轨(12)上。5.据权利要求1所述的一种用于义齿及食品检测仿生咀嚼机器人，其特征在于所述驱 动控制系统包括主控芯片、压力传感器、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;压力传感器设置与咀嚼机 器人咬合面上与主控芯片连接;陀螺仪设置于下颂动平台(II)上。
【文档编号】G01N33/00GK106093305SQ201610408044
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】徐尚龙, 汤文杰, 王瑞甫, 张晓飞
【申请人】电子科技大学