六自由度咀嚼機設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、人類的咀嚼系統(tǒng)主要由驅(qū)動下頜運動的咀嚼肌、上下頜、牙齒、顳下頜關(guān)節(jié)等組成。下頜作為一個剛體在空間中具有6個自由度，在完成咀嚼運動過程中需要在較小的工作空間內(nèi)輸出較大的咀嚼力。咀嚼機是根據(jù)人類下頜咀嚼運動特點，模擬人類下頜咀嚼過程，并應(yīng)用于食品咀嚼特性實驗與義齒材料特性實驗的設(shè)備。
　　本文分析了下頜結(jié)構(gòu)及其咀嚼運動特點，并根據(jù)6RSS并聯(lián)機構(gòu)的自由度及優(yōu)缺點，選擇基于6RSS并聯(lián)機構(gòu)為原型對咀嚼機的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計與制作。咀嚼機使

2、用6個安裝于同一固定平面內(nèi)的總線舵機作為驅(qū)動器，通過六條RSS運動鏈，按照給定咀嚼運動軌跡對下頜運動平臺進行驅(qū)動。
　　通過對下頜運動軌跡及生物力特點分析，對下頜的運動模式進行了簡化，將人類的下頜咀嚼運動分為三種類型，并依據(jù)不同類型的下頜咀嚼運動過程建立相應(yīng)的參數(shù)方程，為咀嚼機下頜動平臺的運動軌跡設(shè)計提供了依據(jù)。同時對6RSS并聯(lián)機構(gòu)進行了位置反解、速度雅克比矩陣與靜力學(xué)雅克比矩陣求解，為咀嚼機運動控制提供了理論依據(jù)。
　　

3、在SolidWorks對下頜運動平臺中進行建模，并導(dǎo)入ADAMS中建立了虛擬樣機，設(shè)計了下頜咀嚼的完整運動軌跡，在 ADAMS中進行逆運動學(xué)仿真得到輸入角度、角速度、角加速度的變換曲線，驗證了位置逆解的正確性。把反解的結(jié)果作為輸入，對虛擬樣機進行了正動力學(xué)仿真，得到輸入扭矩的變化情況，對球鉸鏈角度變化曲線進行分析，查看是否超出最大轉(zhuǎn)動角度。驗證給定咀嚼軌跡滿足下頜運動平臺的幾何約束條件。
　　對咀嚼機進行了驅(qū)動器選型、控制器選型，

4、選擇總線舵機作為驅(qū)動器、STM32F4芯片作為控制器。設(shè)計并制作了主控芯片的最小核心系統(tǒng)的硬件電路。使用 Labview編寫咀嚼機的上位機，采用離線反解方法通過上位機發(fā)送各舵機轉(zhuǎn)角，并編寫下位機舵機運動控制程序、壓力采集程序、姿態(tài)采集程序、OLED驅(qū)動程序。其中主控芯片通過ⅡC總線對MPU6050進行姿態(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進行實時顯示與儲存。采用薄膜壓力傳感器對牙齒處的壓力變化進行采集后，通過SPI總線將