丛 明，任 杰，秦文龙，刘 冬

（大连理工大学机械工程学院，辽宁 大连 116024）

1 引言

仿下颌机器人研究始于20世纪90年代初期，根据人体口颌系统进行仿生设计，用来完成一定的下颌功能性运动，可应用于牙科学、食品科学、生物力学和医疗康复领域。

目前，针对不同的应用领域，国内外已设计了不同机构形式的仿下颌机器人。文献[1]研制了一种基于Stewart平台的牙科仿下颌机器人；文献[2]采用6RSS并联机构研制了食品仿下颌机器人，用于食品科学；文献[3]研制的下颌运动模拟器主要用于研究下颌骨的动态负载、关节退变；文献[4]在机构中加入了仿颞下颌关节，研制了具有3自由度的WY和WJ系列下颌康复医疗机器人；在国内，文献[5-8]设计了6PUS-2HKP冗余驱动并联机构，用于牙科义齿性能测试。

针对现有的仿下颌机器人存在咀嚼肌单向力驱动不符和机构尺寸过大等问题。提出一种新型的绳索冗余驱动仿下颌机构，该机构考虑颞下颌关节和肌肉的单向拉力等特性。基于人体下颌运动机理以及咀嚼肌附着点位置对仿下颌机构进行了设计，并完成对机构运动学分析、雅克比矩阵推导、力封闭空间分析和轨迹规划等工作。

2 仿下颌机构的设计

2.1 仿生设计基础

人类口颌系统主要由咀嚼肌、上下颌和颞下颌关节构成，如图1所示。下颌由升颌肌群和降颌肌群驱动，相对上颌在三维空间内作复杂的周期性张合运动。颞下颌关节作为人体内最复杂的关节，能进行纯转动、纯滑动和转动与滑动的复合运动，共同参与完成咀嚼、言语等功能活动。……