[发明专利]一种四自由度咀嚼机器人及监控系统

权利要求书

1.一种四自由度咀嚼机器人，包括机械结构及控制系统，其特征在于：

所述机械结构包括上颚平台（2）及下颚平台（3），所述上颚平台（2）包括X轴直线运动机构（21），所述X轴直线运动机构（21）上安装有Y轴直线运动机构（22），所述Y轴直线运动机构（22）包括上颚座（2202），所述下颚平台（3）包括下颚支撑装置（32），所述下颚支撑装置（32）包括可绕X轴旋转、绕Y轴旋转的下颚座（3201），所述下颚座（3201）两侧设有下颚驱动装置（31），所述下颚驱动装置（31）包括下颚直线运动机构，所述下颚直线运动机构运动件上设有万向节（3104），所述下颚座（3201）两侧面设有球形铰链连接座（3202），所述球形铰链连接座（3202）上安装有球形铰链（3106），所述球形铰链（3106）与万向节（3104）通过拉杆（3105）连接；

所述控制系统包括上位机、用于数据信息传送的串口通信、用于控制的MCU主控芯片、用于采集机器人咀嚼力和空间位置信息的传感器模块、用于控制各驱动伺服电机的伺服电机运动控制器，所述上位机内包括神经网络模糊PID控制模块，所述神经网络模糊PID控制模块包括用于处理伺服电机驱动误差的PID控制模块、用于对神经网络输入进行预处理的模糊化模块、以及自我学习的神经网络模块；

所述X轴直线运动机构（21）包括滑动基座（2101）及X轴轴承座（2102），所述滑动基座（2101）上安装有可沿X轴方向滑动的X轴移动基座（2103），所述X轴轴承座（2102）上安装有X轴向的X轴滚珠丝杠（2104），所述X轴移动基座（2103）上设有螺纹通孔，所述X轴移动基座（2103）通过螺纹通孔安装在X轴滚珠丝杠（2104）上，所述Y轴直线运动机构（22）包括Y轴轴承座（2201），所述Y轴轴承座（2201）与X轴移动基座（2103）固定连接，所述上颚座（2202）安装在X轴移动基座（2103）上，所述Y轴轴承座（2201）上安装有Y轴轴向的Y轴滚珠丝杠（2203），所述上颚座（2202）上设有螺纹通孔，所述上颚座（2202）通过螺纹通孔安装在Y轴滚珠丝杠（2203）上，所述X轴滚珠丝杠（2104）与X轴伺服电机（2105）连接，所述Y轴滚珠丝杠（2203）与Y轴伺服电机（2204）连接。

2.根据权利要求1所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述下颚直线运动机构包括升降轴承座（3103），所述升降轴承座（3103）上安装有第一滚珠丝杠（3101），所述第一滚珠丝杠（3101）上安装有升降套筒（3102），所述升降套筒（3102）设有螺纹通孔与第一滚珠丝杠（3101）配合，所述万向节（3104）安装在升降套筒（3102）上。

3.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述下颚支撑装置（32）还包括升降立板（3208），所述升降立板（3208）两端安装有升降底板（3207）及升降顶板（3209），所述升降底板（3207）及升降顶板（3209）上安装有轴线互相平行的升降滑杆（3210）及第二滚珠丝杠（3206），所述第二滚珠丝杠（3206）上安装有升降座（3205），所述升降座（3205）上设有与第二滚珠丝杠（3206）配合的升降螺纹通孔（3205a）、与升降滑杆（3210）配合的升降滑槽（3205c）、用于下颚座（3201）旋转的旋转柱（3205b），所述升降座（3205）通过升降螺纹通孔（3205a）安装在第二滚珠丝杠（3206）上，所述旋转柱（3205b）上安装有旋转座（3204），所述旋转座（3204）上设有旋转轴孔（3204a）与旋转座（3204）配合，所述旋转座（3204）两端设有翻转支柱，所述翻转支柱（3204b）上安装有翻转座（3203），所述下颚座（3201）与翻转座（3203）固定连接。

4.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述PID控制模块对Kp、Ki 、Kd进行调节，其中Kp表示比例调节系数、Ki表示积分调节系数、Kd表示微分调节系数，所述模糊化模块输入为速度跟踪误差e和速度误差变化率ec，所述神经网络模块输出层神经元的输出状态与PID控制模块的参数Kp、Ki 和Kd相对应。

5.根据权利要求1~2任一项所述的一种四自由度咀嚼机器人，其特征在于：所述上位机搭载有上位机监控模块，所述上位机监控模块内嵌有示教、咀嚼、咬合三种工作模式，所述上位机安装有用于实现示教、咀嚼、咬合三种工作模式的多点控制软件。