仿下颌运动机器人样机设计和实验地研究

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1、大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：兰丕]兰垫塑遂叁幽塑鲥暖蚴!叁作者签名：尘埴日期：竺!尘年—生月二生日大连理工大学硕士学位论文摘要在人体生理活动中，下颌系统担任着食物咀嚼、语言

2、表达及表情控制等重要生理功能。人体下颌由肌肉驱动，以颞下颌关节作为联结关节，相对上颌执行开闭、前后、侧方等功能运动。仿下颌运动机器人是集机构学、生物力学、机械电子学及运动控制等多项技术于一体的工程科学，其研究成果在151腔医学和食品科学等领域具有广阔应用前景。例如可用于义齿材料磨损实验、义齿疲劳寿命测试和医学教学等。为了实现人体下颌的运动，本文根据人体下颌运动的冗余特性和机械仿生原理，基于带有点接触高副的6PUS．2HP的并联机构，提出一种新型的四自由度的冗余驱动的仿下颌运动机器人。首先，简述选题背景及研究意义，分别

3、介绍仿下颌运动机器人和冗余并联机构的研究现状，提出论文的主要工作和研究内容。其次，根据人体下颌运动机理进行颞下颌关节仿生数据的采集和肌肉设计参数的收集，确定颞下颌关节在下颌中的位置，确定咬肌、颞肌、翼外肌在下颌的插入点位置以及肌肉作用线的长度，并对颞骨关节面曲线进行拟合。接着，根据仿生设计参数，对选用的6PUS．2HP机构进行仿生设计。对六自由度6PUS机构建立了运动学模型，由于本文的四自由度6PUS．2HP机构的运动学逆解和轨迹是基于传统的六自由度的6PUS机构进行求解和规划，因此6PUS机构的运动学模型对于本文机

4、器人的设计尤为重要。然后，采用虚拟仿真软件Adams，对仿下颌运动机器人的6PUS一2HP机构进行运动学仿真实验。根据关节零件的运动范围，对仿下颌运动机器人进行零件的选型，对样机的机械结构进行详细的设计。并且，采用可编程控制器PEC6A00对仿下颌运动机器人进行运动控制，对其控制系统进行硬件和软件的设计。随后，采用Adams对四自由度六驱动的仿下颌运动机器人进行轨迹规划。在约束机器人两侧颞下颌关节的髁状突始终与颞骨关节面接触的前提下，求解六个电机的驱动脉冲。最后，在仿下颌运动机器人的样机上进行下颌功能运动实验研究。分

5、别模拟人体的开闭运动、前后运动、侧方运动，结果证明该仿下颌运动机器人能够将下颌运动与颞下颌关节的运动较好地结合起来，能够实现人体下颌的运动，特别是颞下颌关节的运动。关键词：冗余驱动：并联机构：轨迹规划：仿生颞下颌关节：仿下颌运动机器人仿下颌运动机器人的样机设计和实验研究PrototypeDesignandExperimentalResearchofaRobotforJawMovementAbstractInhumanphysiologicalactivity，thejawsystemplaysimportantfun

6、ctionsinchewingfood，expressinglanguageandcontrollingexpression．Usingthetemporomandibularjoint(TMJ)asthecormectionjoints，thehumanmandibledrivenbythemusclesperformsthefunctionalmotionincludingopeningandclosingmotion，frontandbackmotion，sidewaysmotion，etc．Arobottha

7、tsimulatesthejawmovementisonekindofengineeringscienceencompassingmechanism，biomechanics，mechatronicsandmotioncontr01．Andtheresearchresultshaveawideapplicationprospect，suchasabrationtestofdenturematerial，fatiguelifetestofdentureandmedicalteaching，etc．Basedonther

8、edundantcharacteristicofthemandiblesystemandthemechanicalbionicprinciples，theprototypeofredundantparallelmechanismforjawmovementispresented，consistingof6PUSlinkagesformuscle