6RSS 仿人并聯咀嚼機器人的剛性動力學建模分析

程 晨，袁曉靜，陽能軍，侯根良，曾繁琦，王友才，羅偉蓬，趙 冠

（火箭軍工程大學保障學院維修工程教研室，西安 710025）

0 引言

人體咀嚼系統包含著復雜的生物結構：上顎部分固接于顱骨，可在六維空間運動的下顎受到20 多塊咀嚼肌肉的協調驅動實現咀嚼運動；固定于上下顎的磨牙、犬齒、門牙分別具有研磨、撕咬、切斷食物的作用，使食物的大小、硬度等特性達到便于吞咽的程度[1]。從機器人機構學角度看，咀嚼系統是一個典型的并聯機構：上顎是固定基座，下顎是末端執行器，并行驅動下顎實現咀嚼運動的肌肉則構成了并聯支鏈[2]。

食品行業對新食品的種類和新食材的特性開發一直有濃厚的興趣，當前對食品的材質如硬度、彈度、黏度等物理特性主要使用2 種方法進行分析[3]。第一種方法是招募口腔健康志愿者咀嚼新開發的食品，根據其感受獲取食品的咀嚼特性。這種方法雖然直接，但是召集志愿者的時間成本高，參與活動的志愿者人數有限，且不同志愿者之間的主觀差異大，較難參照可以量化的標準，從而不利于該方法推廣。第二種方法是使用桌面級的食材測試機器測試新食材的硬度、彈度、黏度等特性，然而當前主流的食品測試機器只能完成簡單的一維沖壓，無法真實再現人的三維咀嚼運動，測得的數據和咀嚼運動中的真實特性存在較大差異。針對這種情況，本教研室研發了6RSS 仿人并聯咀嚼機器人，以人體咀嚼系統為樣本，設計了6RSS 式的并聯支鏈，模擬咀嚼肌肉中最重要的6 塊開閉口肌，即對稱分布在咀嚼系統左右兩側的顳肌、咬肌、翼狀肌。……