买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：南京林业大学

摘要：本发明是一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，包括上颌骨模型、下颌骨模型、两个仿生颞下颌关节以及仿真肌肉组，所述的上颌骨模型通过分别设置在下颌骨模型两侧的两组仿生颞下颌关节与下颌骨模型连接；仿生颞下颌关节内设置有四组双胡克铰装置，用于实现下颌骨模型能够在六个自由度内自由运动，通过仿真肌肉组对下颌骨模型进行驱动。该仿真运动装置能够在下颚康复，牙科康复，食品质地分析以及语言治疗等领域有广泛的应用。

主权项：1.一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，包括上颌骨模型1、下颌骨模型2、两个仿生颞下颌关节3以及仿真肌肉组4，所述的上颌骨模型1通过分别设置在下颌骨模型2两侧的两组仿生颞下颌关节3与下颌骨模型2连接；所述的仿生颞下颌关节3包括仿生下颌髁状突15、仿生颞骨下颌关节窝16和四组双胡克铰装置17，所述的仿生下颌髁状突15为空心球壳，所述的仿生颞骨下颌关节窝16为半球形空心球壳，所述的双胡克铰装置17包括连接杆6，所述的连接杆6一端固定安装有万向十字轴5，另一端通过弹簧8与旋转球9外表面固定连接，所述的旋转球9嵌套在连接杆6上，连接杆6的中心轴穿过旋转球9的球心，所述的连接杆6沿弹簧轴向穿过弹簧8，所述的旋转球9外侧设置有环形的万向盘7，所述的万向盘7内壁通过转轴与旋转球9连接，旋转球9能够与万向盘7以转轴中心轴为旋转中心发生相对转动，所述的万向盘7所在平面与连接杆6的中心轴垂直，所述的万向盘7的中心与旋转球9的球心重合；所述的仿生下颌髁状突15表面设置有四组通孔，连接杆6设置有万向十字轴5的一端穿过通孔伸入仿生下颌髁状突15内部，所述的万向十字轴5的长轴两端通过轴承固定安装在仿生下颌髁状突15内部，连接杆6另一端向外延伸穿过仿生颞骨下颌关节窝16表面的通孔，所述的万向盘7嵌入仿生颞骨下颌关节窝16表面，万向盘7外侧壁通过转轴与仿生颞骨下颌关节窝16表面通孔的内侧壁连接，万向盘7能够与仿生颞骨下颌关节窝16相对转动；所述的仿真肌肉组4包括两根颞肌仿真气动杆12、两根翼肌仿真气动杆13和两根咬肌仿真气动杆14，所述的两根颞肌仿真气动杆12用于仿真两侧颞肌的舒张和收缩，所述的两根翼肌仿真气动杆13用于仿真两侧翼肌的舒张和收缩，所述的两根咬肌仿真气动杆14用于仿真两侧咬肌的舒张和收缩；所述的上颌骨模型1固定，所述的下颌骨模型2能够在仿真肌肉组4的驱动下围绕两个仿生颞下颌关节3运动，所述的下颌骨模型2的运动自由度为6；所述的颞肌仿真气动杆12、翼肌仿真气动杆13和咬肌仿真气动杆14的结构相同，均包括气动推杆11和设置在气动推杆11两端的球铰链10，所述的气动推杆11两端分别通过球铰链10与上颌骨模型1和下颌骨模型2连接。

全文数据：一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构技术领域本发明是仿生机器人技术领域，具体的说是一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构。背景技术人类的咀嚼系统由上颌骨、下颌骨、咀嚼肌和颞下颌关节等部分构成；其中，下颌骨可以在咀嚼肌的作用下实现咀嚼运动。咀嚼机器人可以模拟人类下颌运动行为、再现其生物力学环境,咀嚼机器人具有很大的应用价值,可应用于下颚康复，牙科康复，食品质地分析以及语言治疗等领域，它是集机构学、运动学、动力学、感知系统、运动控制以及机械电子等多项技术于一体的工程科学。目前的咀嚼机器人大多只是模拟再现了咀嚼运动，但是其模拟动作的精确度以及准确性却无法保证，一般常见的咀嚼运动类型包括双侧交替咀嚼，双侧同时咀嚼，左侧咀嚼和右侧咀嚼，目前的大多数咀嚼机器人由于其自身设计的缺陷，并不能真实再现下颌的运动和生物力学特征。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，从仿生学的角度出发，具有结构简单、制造容易，能模拟人类下颌运动和生物力学特征的特征。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，包括上颌骨模型、下颌骨模型、两个仿生颞下颌关节以及仿真肌肉组，所述的上颌骨模型通过分别设置在下颌骨模型两侧的两组仿生颞下颌关节与下颌骨模型连接；所述的仿生颞下颌关节包括仿生下颌髁状突、仿生颞骨下颌关节窝和四组双胡克铰装置，所述的仿生下颌髁状突为空心球壳，所述的仿生颞骨下颌关节窝为半球形空心球壳，所述的双胡克铰装置包括连接杆，所述的连接杆一端固定安装有万向十字轴，另一端通过弹簧与旋转球外表面固定连接，所述的旋转球嵌套在连接杆上，连接杆的中心轴穿过旋转球的球心，所述的连接杆沿弹簧轴向穿过弹簧，所述的旋转球外侧设置有环形的万向盘，所述的万向盘内壁通过转轴与旋转球连接，旋转球能够与万向盘以转轴中心轴为旋转中心发生相对转动，所述的万向盘所在平面与连接杆的中心轴垂直，所述的万向盘的中心与旋转球的球心重合；所述的仿生下颌髁状突表面设置有四组通孔，连接杆设置有万向十字轴的一端穿过通孔伸入仿生下颌髁状突内部，所述的万向十字轴的长轴两端通过轴承固定安装在仿生下颌髁状突内部，连接杆另一端向外延伸穿过仿生颞骨下颌关节窝表面的通孔，所述的万向盘嵌入仿生颞骨下颌关节窝表面，万向盘外侧壁通过转轴与仿生颞骨下颌关节窝表面通孔的内侧壁连接，万向盘能够与仿生颞骨下颌关节窝相对转动；所述的仿真肌肉组包括两根颞肌仿真气动杆、两根翼肌仿真气动杆和两根咬肌仿真气动杆，所述的两根颞肌仿真气动杆用于仿真两侧颞肌的舒张和收缩，所述的两根翼肌仿真气动杆用于仿真两侧翼肌的舒张和收缩，所述的两根咬肌仿真气动杆用于仿真两侧咬肌的舒张和收缩。所述的上颌骨模型固定，所述的下颌骨模型能够在仿真肌肉组的驱动下围绕两个仿生颞下颌关节运动，所述的下颌骨模型的运动自由度为6。所述的仿生下颌髁状突设置在仿生颞骨下颌关节窝半球形空心球壳靠近球心的一侧，所述的仿生颞骨下颌关节窝固定安装在上颌骨模型关节窝处，所述的仿生下颌髁状突固定安装在下颌骨模型的髁状突处。仿生下颌髁状突表面的通孔直径大于连接杆的直径，连接万向盘和旋转球的转轴与连接万向盘和仿生颞骨下颌关节窝的转轴在同一平面内，且相互垂直。所述的上颌骨模型和下颌骨模型处于相对闭合的状态时，四组连接杆安装有万向十字轴的一端沿轴向延伸汇聚在一个焦点，四组连接杆远离万向十字轴的一端围成一个正方形平面，所述的焦点距离正方形平面中心的距离为正方形边长的一半。连接杆远离万向十字轴的一端设置有挡板，所述的弹簧的一端与挡板固定连接，另一端与旋转球表面固定连接。所述的颞肌仿真气动杆、翼肌仿真气动杆和咬肌仿真气动杆的结构相同，均包括气动推杆和设置在气动推杆两端的球铰链，所述的气动推杆两端分别通过球铰链与上颌骨模型和下颌骨模型连接。该种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构能够产生的有益效果为：首先根据要进行的咀嚼运动求解出各气动推杆的位移，速度以及加速度，通过输气装置控制气动推杆的进气量和进气速度，或出气量和出气速度，进而独立的仿真各个肌肉的舒张或收缩状态，进而实现对下颌骨的运动状态进行精准控制。该仿真运动装置能够应用于下颚康复，牙科康复，食品质地分析以及语言治疗等领域。附图说明图1为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构的立体图。图2为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构的侧视图。图3为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构的仿生颞下颌关节以及仿真肌肉组的位置结构示意图。图4为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构上颌骨模型的立体图。图5为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构下颌骨模型的立体图。图6为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构双胡克铰装置的结构示意图。图7为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构双胡克铰装置与仿生下颌髁状突的连接结构示意图。图8为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构双胡克铰装置与仿生颞骨下颌关节窝的连接结构示意图。图9为本发明一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构仿生颞骨下颌关节窝的结构示意图。说明书附图标注：1、上颌骨模型；2、下颌骨模型；3、仿生颞下颌关节；4、仿真肌肉组；5、万向十字轴；6、连接杆；7、万向盘；8、弹簧；9、旋转球；10、球铰链；11、气动推杆；12、颞肌仿真气动杆；13、翼肌仿真气动杆；14、咬肌仿真气动杆；15、仿生下颌髁状突；16、仿生颞骨下颌关节窝；17、双胡克铰装置；18、挡板。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发明作进一步描述。如图1所示，一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，包括上颌骨模型1、下颌骨模型2、两个仿生颞下颌关节3以及仿真肌肉组4，所述的上颌骨模型1通过分别设置在下颌骨模型2两侧的两组仿生颞下颌关节3与下颌骨模型2连接；本实施例中，由上颌骨模型1和下颌骨模型2组成的1：1颅骨模型是以健康成年人颅骨的CT扫描为依据进行处理所得，如图4和图5所示，分别为处理后得到的上颌骨模型1和下颌骨模型2；其中上颌骨模型1固定，下颌骨模型2能够在仿真肌肉组4的驱动下围绕两个仿生颞下颌关节3运动，所述的下颌骨模型2的运动自由度为6，六个自由度分别为：矢状轴、冠状轴、垂直轴的转动，前后、左右、上下的移动，满足人类下颌运动的基本要求。如图6至图8所示，仿生颞下颌关节3包括仿生下颌髁状突15、仿生颞骨下颌关节窝16和四组双胡克铰装置17，所述的仿生下颌髁状突15为空心球壳，所述的仿生颞骨下颌关节窝16为半球形空心球壳，所述的双胡克铰装置17包括连接杆6，所述的连接杆6一端固定安装有万向十字轴5，另一端通过弹簧8与旋转球9外表面固定连接，所述的旋转球9嵌套在连接杆6上，连接杆6的中心轴穿过旋转球9的球心，所述的连接杆6沿弹簧轴向穿过弹簧8，所述的旋转球9外侧设置有环形的万向盘7，所述的万向盘7内壁通过转轴与旋转球9连接，旋转球9能够与万向盘7以转轴中心轴为旋转中心发生相对转动，所述的万向盘7所在平面与连接杆6的中心轴垂直，所述的万向盘7的中心与旋转球9的球心重合；本实施例中，仿生下颌髁状突15表面设置有四组通孔，连接杆6设置有万向十字轴5的一端穿过通孔伸入仿生下颌髁状突15内部，所述的万向十字轴5的长轴两端通过轴承固定安装在仿生下颌髁状突15内部，连接杆6另一端向外延伸穿过仿生颞骨下颌关节窝16表面的通孔，所述的万向盘7嵌入仿生颞骨下颌关节窝16表面，万向盘7外侧壁通过转轴与仿生颞骨下颌关节窝16表面通孔的内侧壁连接，万向盘7能够与仿生颞骨下颌关节窝16相对转动。本实施例中，仿生下颌髁状突15设置在仿生颞骨下颌关节窝16半球形空心球壳靠近球心的一侧，所述的仿生颞骨下颌关节窝16固定安装在上颌骨模型1关节窝处，所述的仿生下颌髁状突15固定安装在下颌骨模型2的髁状突处。仿生下颌髁状突15被仿生颞下颌关节3限制在仿生颞骨下颌关节窝16内运动。在下颌骨模型2进行运动的过程中，仿生颞下颌关节3结构中旋转球9的球心是位置不变的。旋转球9、万向盘7以及仿生颞骨下颌关节窝16之间的相对转动形成一组胡克铰装置，进一步配合万向十字轴5形成双胡克铰，能实现上颌骨模型1和下颌骨模型2之间进行六个自由度的相对运动。进一步的，仿生下颌髁状突15的运动范围与仿生颞骨下颌关节窝16，连接杆6的长度，以及弹簧8的劲度系数有关，仿生颞骨下颌关节窝16尺寸设计的越小，连接杆6的长度越短，仿生下颌髁状突的运动范围越小，弹簧8的劲度系数是可以影响仿生下颌髁状突在不同位置的回弹力。如图3所示，仿真肌肉组4包括两根颞肌仿真气动杆12、两根翼肌仿真气动杆13和两根咬肌仿真气动杆14，所述的两根颞肌仿真气动杆12用于仿真两侧颞肌的舒张和收缩，所述的两根翼肌仿真气动杆13用于仿真两侧翼肌的舒张和收缩，所述的两根咬肌仿真气动杆14用于仿真两侧咬肌的舒张和收缩。本实施例中，颞肌仿真气动杆12、翼肌仿真气动杆13和咬肌仿真气动杆14的结构相同，均包括气动推杆11和设置在气动推杆11两端的球铰链10，所述的气动推杆11两端分别通过球铰链10与上颌骨模型1和下颌骨模型2连接。气动推杆11两端的球铰链10与上颌骨模型1和下颌骨模型2的固定位置分别通过颞肌、翼肌和咬肌的肌腱与颌骨的实际连接位置进行确定。在进行仿真时根据要进行的咀嚼运动求解出各气动推杆11的位移，速度以及加速度，通过输气装置控制气动推杆的进气量和进气速度，或出气量和出气速度，进而独立的仿真各个肌肉的舒张或收缩状态，进而实现对下颌骨的运动状态进行精准控制。而通过输气装置控制气动推杆的运动为本领域技术常规技术手段，在不作为本申请发明点的情况下，本申请不做详细说明。本实施例中，仿生下颌髁状突15表面的通孔直径大于连接杆6的直径，连接万向盘7和旋转球9的转轴与连接万向盘7和仿生颞骨下颌关节窝16的转轴在同一平面内，且相互垂直。仿生下颌髁状突15表面的通孔直径尺寸要满足能够保证连接杆6的运动行程无阻碍。本实施例中，上颌骨模型1和下颌骨模型2处于相对闭合的状态时，四组连接杆6安装有万向十字轴5的一端沿轴向延伸汇聚在一个焦点，四组连接杆6远离万向十字轴5的一端围成一个正方形平面，所述的焦点距离正方形平面中心的距离为正方形边长的一半。即在上颌骨模型1和下颌骨模型2处于相对闭合的状态时，四个连接杆6的摆放方向相当与正方体的几何中心到上平面四个顶点的方向。本实施例中，连接杆6远离万向十字轴5的一端设置有挡板18，所述的弹簧8的一端与挡板18固定连接，另一端与旋转球9表面固定连接。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，包括上颌骨模型（1）、下颌骨模型（2）、两个仿生颞下颌关节（3）以及仿真肌肉组（4），所述的上颌骨模型（1）通过分别设置在下颌骨模型（2）两侧的两组仿生颞下颌关节（3）与下颌骨模型（2）连接；所述的仿生颞下颌关节（3）包括仿生下颌髁状突（15）、仿生颞骨下颌关节窝（16）和四组双胡克铰装置（17），所述的仿生下颌髁状突（15）为空心球壳，所述的仿生颞骨下颌关节窝（16）为半球形空心球壳，所述的双胡克铰装置（17）包括连接杆（6），所述的连接杆（6）一端固定安装有万向十字轴（5），另一端通过弹簧（8）与旋转球（9）外表面固定连接，所述的旋转球（9）嵌套在连接杆（6）上，连接杆（6）的中心轴穿过旋转球（9）的球心，所述的连接杆（6）沿弹簧轴向穿过弹簧（8），所述的旋转球（9）外侧设置有环形的万向盘（7），所述的万向盘（7）内壁通过转轴与旋转球（9）连接，旋转球（9）能够与万向盘（7）以转轴中心轴为旋转中心发生相对转动，所述的万向盘（7）所在平面与连接杆（6）的中心轴垂直，所述的万向盘（7）的中心与旋转球（9）的球心重合；所述的仿生下颌髁状突（15）表面设置有四组通孔，连接杆（6）设置有万向十字轴（5）的一端穿过通孔伸入仿生下颌髁状突（15）内部，所述的万向十字轴（5）的长轴两端通过轴承固定安装在仿生下颌髁状突（15）内部，连接杆（6）另一端向外延伸穿过仿生颞骨下颌关节窝（16）表面的通孔，所述的万向盘（7）嵌入仿生颞骨下颌关节窝（16）表面，万向盘（7）外侧壁通过转轴与仿生颞骨下颌关节窝（16）表面通孔的内侧壁连接，万向盘（7）能够与仿生颞骨下颌关节窝（16）相对转动；所述的仿真肌肉组（4）包括两根颞肌仿真气动杆（12）、两根翼肌仿真气动杆（13）和两根咬肌仿真气动杆（14），所述的两根颞肌仿真气动杆（12）用于仿真两侧颞肌的舒张和收缩，所述的两根翼肌仿真气动杆（13）用于仿真两侧翼肌的舒张和收缩，所述的两根咬肌仿真气动杆（14）用于仿真两侧咬肌的舒张和收缩。2.根据权利要求1所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：所述的上颌骨模型（1）固定，所述的下颌骨模型（2）能够在仿真肌肉组（4）的驱动下围绕两个仿生颞下颌关节（3）运动，所述的下颌骨模型（2）的运动自由度为6。3.根据权利要求2所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：所述的仿生下颌髁状突（15）设置在仿生颞骨下颌关节窝（16）半球形空心球壳靠近球心的一侧，所述的仿生颞骨下颌关节窝（16）固定安装在上颌骨模型（1）关节窝处，所述的仿生下颌髁状突（15）固定安装在下颌骨模型（2）的髁状突处。4.根据权利要求3所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：仿生下颌髁状突（15）表面的通孔直径大于连接杆（6）的直径，连接万向盘（7）和旋转球（9）的转轴与连接万向盘（7）和仿生颞骨下颌关节窝（16）的转轴在同一平面内，且相互垂直。5.根据权利要求4所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：所述的上颌骨模型（1）和下颌骨模型（2）处于相对闭合的状态时，四组连接杆（6）安装有万向十字轴（5）的一端沿轴向延伸汇聚在一个焦点，四组连接杆（6）远离万向十字轴（5）的一端围成一个正方形平面，所述的焦点距离正方形平面中心的距离为正方形边长的一半。6.根据权利要求5所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：连接杆（6）远离万向十字轴（5）的一端设置有挡板（18），所述的弹簧（8）的一端与挡板（18）固定连接，另一端与旋转球（9）表面固定连接。7.根据权利要求1所述的一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构，其特征在于：所述的颞肌仿真气动杆（12）、翼肌仿真气动杆（13）和咬肌仿真气动杆（14）的结构相同，均包括气动推杆（11）和设置在气动推杆（11）两端的球铰链（10），所述的气动推杆（11）两端分别通过球铰链（10）与上颌骨模型（1）和下颌骨模型（2）连接。

百度查询： 南京林业大学 一种具有双胡克铰的仿生咀嚼运动机构