一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置的制作方法

本实用新型是涉及仿真机器技术领域，具体的说是一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置。

背景技术：

仿咀嚼装置是一类可以模拟人类咀嚼行为的机械装置。它可以真实的复现人类的咀嚼动作并采集分析咀嚼的信息,包括咀嚼力、速度、振动等内容。仿咀嚼装置是集轨迹规划、感知系统、实时控制系统及生物模拟于一体的综合仿生机器人系统，其研究成果可应用于牙科训练、食品评估、语言医疗等领域。

人类下颌由咀嚼肌肉驱动,在颞下颌关节的约束下,相对上颌骨在三维空间内做复杂的开闭运动。作为人体最复杂的运动关节之一，颞下颌关节具有多个瞬时运动轴，其髁状突随下颌开口度的不同具有转动和滑动的复合运动形式。颞下颌关节在下颌系统中发挥着重要的作用，它与咀嚼肌肉相互协调、相互约束，保证了人类下颌高效、柔顺、稳定的咀嚼运动。而现有的咀嚼装置没有充分考虑颞下颌关节的结构、功能及其复合运动形式,因此在仿生性方面有所欠缺,无法真实再现下颌的运动和生物力学特征。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置，该装置具有结构简单、仿生度高、柔顺性好等优点，可应用于食品物性评估、义齿材料检测、医学教学等科学领域。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置，其特征是：包括机架，所述的机架上安装有水平设置的上颌定平台，所述的上颌定平台下方设置有下颌动平台，所述的上颌定平台通过两组柔性颞下颌关节以及两组复位弹簧与下颌动平台连接，所述的柔性颞下颌关节竖直设置并固定安装在上颌定平台的中后部，所述的两组柔性颞下颌关节横向并排设置，所述的两组复位弹簧分别位于上颌定平台和下颌动平台两侧，所述的下颌动平台的两侧前端均分别通过柔索与两个驱动装置传动连接，每个驱动装置用于为同侧的下颌动平台提供向下和向前的驱动力，所述的两组柔性颞下颌关节为下颌动平台的运动提供转动支撑，所述的两组复位弹簧用于为下颌动平台的复位运动提供动力。

所述的机架包括底座和隔离平台，所述的隔离平台水平位于底座的上方，所述的隔离平台下表面通过若干根支撑柱与底座固定连接，所述的隔离平台的上表面固定安装有l形吊板，所述的l形吊板包括顶部水平设置的横板，所述的上颌定平台通过螺栓和螺母的配合固定安装在横板的下表面。

所述的两个驱动装置分别设置在底座的上表面前端两侧边缘，所述的驱动装置的输出轴与索轮传动连接，所述的索轮与柔索一端固定连接，柔索另一端穿过换向滑轮与柔索连接孔固定连接，所述的换向滑轮固定安装在隔离平台的上表面前端两侧边缘，所述的柔索连接孔固定安装在下颌动平台两侧壁前端。

所述的驱动装置包括电机，所述的电机的输出轴与减速器的输入轴传动连接，所述的减速器的输出轴通过联轴器与索轮传动连接，所述的电机和减速器固定安装在电机座上，所述的电机座与底座固定连接，所述的索轮与索轮座转动连接，所述的索轮座与底座固定连接。

所述的上颌定平台后侧设置有若干个螺孔，所述的螺栓依次穿过l形吊板顶部的横板和螺孔，配合螺母用于将上颌定平台固定安装在l形吊板顶部横板的下表面，所述的上颌定平台两侧壁的尾端均固定安装有弹簧固定孔，所述的下颌动平台两侧壁的中部均固定安装有弹簧固定孔，所述的弹簧固定孔用于固定复位弹簧的端部。

所述的上颌定平台后侧下表面固定安装有两组滑轨座，所述的两组滑轨座之间固定安装有直线导杆，所述的直线导杆的轴向用于确定下颌动平台的前后运动方向，所述的直线导杆穿过滑块，所述的滑块能够沿着直线导杆轴向自由滑动，所述的直线导杆上嵌套有第一弹簧，所述的第一弹簧一端与滑块连接，另一端与靠近驱动装置一侧的滑轨座连接，所述的滑块的下表面固定安装有球铰座，所述的球铰座内嵌有球头，所述的球头下端与连接杆固定连接，所述的球头能够在球铰座转动，所述的连接杆外套有水平设置的弹簧安装片，所述的弹簧安装片嵌套在连接杆上，并能够沿连接杆轴向滑动，所述的弹簧安装片上表面和滑块下表面之间安装有若干根第二弹簧，若干根第二弹簧环绕在连接杆周围并均匀分布，所述的连接杆的底端与下颌动平台上表面固定连接。

所述的球头下表面固定安装有限位端盖，所述的限位端盖内表面设置有限位弧面，所述的限位弧面用于限制连接杆的倾斜角度。

所述的弹簧安装片的表面固定安装有限位环，紧定螺钉穿过限位环与连接杆可拆分紧密接触连接，所述的紧定螺钉用于对弹簧安装片进行限位。

该种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置能够产生的有益效果为：第一，驱动装置通过柔索拉动下颌动平台运动，柔索的牵引力为下颌动平台运动提供了向前和向下的牵引力，模拟了开口肌的运动，当两侧的柔索对称收缩时，完成对人类咀嚼时切咬动作的模拟；当两侧的柔索不对称收缩时，完成对人类咀嚼时研磨动作的模拟。第二，柔性颞下颌关节用于对人的颞下颌关节进行仿真，提供了多角度的旋转以及复位机构，为下颌动平台的运动提供旋转支点，同时能够辅助下颌动平台复位。第三，滑轨与球副上安设弹簧为下颌动平台运动提供良好的柔顺性，所提供的柔性颞下颌关节可以充分还原人类颞下颌关节的运动形式，这对人类下颌系统的模拟更加真实，大大提高了咀嚼装置的仿生性能。第四，柔索与复位弹簧配合驱动，与现有的刚性驱动的咀嚼装置相比，具有结构简单，柔顺性好等优点；柔索模拟开口肌，提供向下、向前的拉力，复位弹簧模拟闭口肌，提供向上、向后的拉力，符合咀嚼系统的施力特点。

附图说明

图1为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置的结构示意图。

图2为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置机架和驱动装置的结构示意图。

图3为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置的侧视图。

图4为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置柔性颞下颌关节的结构示意图。

图5为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置限位弧面的结构示意图。

图6为本实用新型一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置柔索连接孔的位置示意图。

说明书附图标注：1、机架；2、上颌定平台；3、柔性颞下颌关节；4、下颌动平台；5、复位弹簧；6、驱动装置；7、换向滑轮；

11、底座；12、支撑柱；13、隔离平台；14、l形吊板；15、螺栓；16、螺母；

21、弹簧固定孔；22、螺孔；

31、滑轨座；32、直线导杆；33、滑块；34、第一弹簧；35、球铰座；36、球头；37、连接杆；38、限位端盖；39、弹簧安装片；

310、紧定螺钉；311、第二弹簧；312、限位弧面；

41、柔索连接孔；

61、电机；62、减速器；63、电机座；64、联轴器；65、索轮；66、索轮座；67、柔索。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种具有柔性颞下颌关节的仿咀嚼装置，其特征是：包括机架1，所述的机架1上安装有水平设置的上颌定平台2，所述的上颌定平台2下方设置有下颌动平台4，所述的上颌定平台2通过两组柔性颞下颌关节3以及两组复位弹簧5与下颌动平台4连接，所述的柔性颞下颌关节3竖直设置并固定安装在上颌定平台2的中后部，所述的两组柔性颞下颌关节3横向并排设置，所述的两组复位弹簧5分别位于上颌定平台2和下颌动平台4两侧，所述的下颌动平台4的两侧前端均分别通过柔索67与两个驱动装置6传动连接，每个驱动装置6用于为同侧的下颌动平台4提供向下和向前的驱动力，所述的两组柔性颞下颌关节3为下颌动平台4的运动提供转动支撑，所述的两组复位弹簧5用于为下颌动平台4的复位运动提供动力。

本实施例中，机架1包括底座11和隔离平台13，所述的隔离平台13水平位于底座11的上方，所述的隔离平台13下表面通过若干根支撑柱12与底座11固定连接，所述的隔离平台13的上表面固定安装有l形吊板14，所述的l形吊板14包括顶部水平设置的横板，所述的上颌定平台2通过螺栓15和螺母16的配合固定安装在横板的下表面。

本实施例中，两个驱动装置6分别设置在底座11的上表面前端两侧边缘，所述的驱动装置6的输出轴与索轮65传动连接，所述的索轮65与柔索67一端固定连接，柔索67另一端穿过换向滑轮7与柔索连接孔41固定连接，所述的换向滑轮7固定安装在隔离平台13的上表面前端两侧边缘，所述的柔索连接孔41固定安装在下颌动平台4两侧壁前端。

本实施例中，驱动装置6包括电机61，所述的电机61的输出轴与减速器62的输入轴传动连接，所述的减速器62的输出轴通过联轴器64与索轮65传动连接，所述的电机61和减速器62固定安装在电机座63上，所述的电机座63与底座11固定连接，所述的索轮65与索轮座66转动连接，所述的索轮座66与底座11固定连接。

本实施例中，上颌定平台2后侧设置有若干个螺孔22，所述的螺栓15依次穿过l形吊板14顶部的横板和螺孔22，配合螺母16用于将上颌定平台2固定安装在l形吊板14顶部横板的下表面，所述的上颌定平台2两侧壁的尾端均固定安装有弹簧固定孔21，所述的下颌动平台4两侧壁的中部均固定安装有弹簧固定孔21，所述的弹簧固定孔21用于固定复位弹簧5的端部。

本实施例中，上颌定平台2后侧下表面固定安装有两组滑轨座31，所述的两组滑轨座31之间固定安装有直线导杆32，所述的直线导杆32的轴向用于确定下颌动平台4的前后运动方向，所述的直线导杆32穿过滑块33，所述的滑块33能够沿着直线导杆32轴向自由滑动，所述的直线导杆32上嵌套有第一弹簧34，所述的第一弹簧34一端与滑块33连接，另一端与靠近驱动装置6一侧的滑轨座31连接，所述的滑块33的下表面固定安装有球铰座35，所述的球铰座35内嵌有球头36，所述的球头36下端与连接杆37固定连接，所述的球头36能够在球铰座35转动，所述的连接杆37外套有水平设置的弹簧安装片39，所述的弹簧安装片39嵌套在连接杆37上，并能够沿连接杆37轴向滑动，所述的弹簧安装片39上表面和滑块33下表面之间安装有若干根第二弹簧311，若干根第二弹簧311环绕在连接杆37周围并均匀分布，所述的连接杆37的底端与下颌动平台4上表面固定连接。

本实施例中，球头36下表面固定安装有限位端盖38，所述的限位端盖38内表面设置有限位弧面312，所述的限位弧面312用于限制连接杆37的倾斜角度。

本实施例中，弹簧安装片39的表面固定安装有限位环，紧定螺钉310穿过限位环与连接杆37可拆分紧密接触连接，所述的紧定螺钉310用于对弹簧安装片39进行限位。

进一步的，仿咀嚼装置不工作时，在第一弹簧34、第二弹簧311与复位弹簧5的约束下，滑块33紧贴于滑轨座31的后端，连接杆37处于竖直方向，下颌动平台4保持闭颌状态。

当两组驱动装置6对称收索时，两组柔性颞下颌关节3对称运动，两边的滑块33沿着直线导杆32同步向前滑动伴随有连接杆37绕冠状轴的转动，驱动装置6放索后，在第一弹簧34、第二弹簧311与复位弹簧5的弹力作用下，下颌动平台4迅速回到初始位置，完成对人类咀嚼时切咬动作的模拟；

当两组驱动装置6不对称收索时，一组柔性颞下颌关节3的滑块33沿着直线导杆32向前滑动，另一组柔性颞下颌关节3的滑块33紧贴于滑轨座31的后端伴随有连接杆37在三维空间里的转动，驱动装置6放索后，在第一弹簧34、第二弹簧311与复位弹簧5的弹力作用下，下颌动平台4迅速回到初始位置，完成对人类咀嚼时研磨动作的模拟。

本实施例中，电机61采用型号为msmd022g1v的伺服电机，，伺服驱动器型号madht1507。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。