咀嚼机器人(牙合)运循环规划及驱动力优化分配方法

来源：机器人杂志2017年第1期北京时间：

作者：王贵飞, 丛明, 徐卫良, 温海营, 秦文龙

摘要：为了实现面向牙科患者的个性化成品义齿性能测试，基于6PUS-2HKP空间冗余驱动并联仿生咀嚼机器人，设计了可安装牙模的仿生上颌、下颌结构．针对义齿性能测试对高仿生咀嚼运动的要求，提出了一种基于颞下颌关节（TMJ）运动理论的后牙（牙合）运循环参数化仿生规划方法．利用拉格朗日方程和虚功原理，推导了冗余驱动咀嚼机器人的动力学方程．分别以颞下颌关节内力2范数最小和驱动力2范数最小为优化目标，建立了基于遗传算法的冗余驱动咀嚼机器人驱动力优化分配数学模型．将食品质构仪获取的仿真食物力－变形关系曲线加载到机器人磨牙上完成了（牙合）运循环下咀嚼仿真食物实验．结果表明，咀嚼机器人切牙运动轨迹形状、切牙运动速度变化规律、髁突运动形式等均与人类咀嚼运动一致，空载和加载仿真食物两种条件下均可求得合理的驱动力优化分配结果．同时，以仿真实验得到的6组驱动为输入，采用咀嚼机器人样机进行了（牙合）运循环实验．样机实验和咀嚼仿真食物实验证明了（牙合）运循环规划方法的仿生性和驱动力优化分配方法的可行性．

关键词：咀嚼机器人, （牙合）运循环规划, 驱动力优化分配, 牙科义齿性能测试