六自由度咀嚼機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、人類的咀嚼系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)下頜運(yùn)動(dòng)的咀嚼肌、上下頜、牙齒、顳下頜關(guān)節(jié)等組成。下頜作為一個(gè)剛體在空間中具有6個(gè)自由度，在完成咀嚼運(yùn)動(dòng)過程中需要在較小的工作空間內(nèi)輸出較大的咀嚼力。咀嚼機(jī)是根據(jù)人類下頜咀嚼運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，模擬人類下頜咀嚼過程，并應(yīng)用于食品咀嚼特性實(shí)驗(yàn)與義齒材料特性實(shí)驗(yàn)的設(shè)備。
　　本文分析了下頜結(jié)構(gòu)及其咀嚼運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并根據(jù)6RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度及優(yōu)缺點(diǎn)，選擇基于6RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)為原型對(duì)咀嚼機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作。咀嚼機(jī)使

2、用6個(gè)安裝于同一固定平面內(nèi)的總線舵機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，通過六條RSS運(yùn)動(dòng)鏈，按照給定咀嚼運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)下頜運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
　　通過對(duì)下頜運(yùn)動(dòng)軌跡及生物力特點(diǎn)分析，對(duì)下頜的運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行了簡化，將人類的下頜咀嚼運(yùn)動(dòng)分為三種類型，并依據(jù)不同類型的下頜咀嚼運(yùn)動(dòng)過程建立相應(yīng)的參數(shù)方程，為咀嚼機(jī)下頜動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。同時(shí)對(duì)6RSS并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位置反解、速度雅克比矩陣與靜力學(xué)雅克比矩陣求解，為咀嚼機(jī)運(yùn)動(dòng)控制提供了理論依據(jù)。
　　

3、在SolidWorks對(duì)下頜運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中進(jìn)行建模，并導(dǎo)入ADAMS中建立了虛擬樣機(jī)，設(shè)計(jì)了下頜咀嚼的完整運(yùn)動(dòng)軌跡，在 ADAMS中進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真得到輸入角度、角速度、角加速度的變換曲線，驗(yàn)證了位置逆解的正確性。把反解的結(jié)果作為輸入，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行了正動(dòng)力學(xué)仿真，得到輸入扭矩的變化情況，對(duì)球鉸鏈角度變化曲線進(jìn)行分析，查看是否超出最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度。驗(yàn)證給定咀嚼軌跡滿足下頜運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的幾何約束條件。
　　對(duì)咀嚼機(jī)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)器選型、控制器選型，

4、選擇總線舵機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器、STM32F4芯片作為控制器。設(shè)計(jì)并制作了主控芯片的最小核心系統(tǒng)的硬件電路。使用 Labview編寫咀嚼機(jī)的上位機(jī)，采用離線反解方法通過上位機(jī)發(fā)送各舵機(jī)轉(zhuǎn)角，并編寫下位機(jī)舵機(jī)運(yùn)動(dòng)控制程序、壓力采集程序、姿態(tài)采集程序、OLED驅(qū)動(dòng)程序。其中主控芯片通過ⅡC總線對(duì)MPU6050進(jìn)行姿態(tài)采集，采集到的姿態(tài)及加速度信息可打印到第三方上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與儲(chǔ)存。采用薄膜壓力傳感器對(duì)牙齒處的壓力變化進(jìn)行采集后，通過SPI總線將