下颌康复机器人设计研究

发布时间：2020-01-29 11:28

【摘要】：颞下颌关节紊乱综合征(TMD)是下颌运动障碍的常见形式之一,该疾病会对患者的正常咀嚼运动造成不良影响。若病情未得到及时控制,会导致关节结构的紊乱,严重者关节的器质性受到损害。目前下颌康复机器人的成功案例只有日本早稻田大学研制的WJ系列并联康复机器人,机构尺寸大只适用于医院,而且造价昂贵。而国内主要集中在颞下颌关节运动轨迹、下颌骨运动轨迹的测量以及咀嚼肌数字化模型的建立等非康复型机器人的研究。下颌涉及上下、左右、前后三个方向的运动,颞下颌关节紊乱综合征患者的康复训练效果主要取决于上下、左右两个方向的康复。分析目前下颌运动模拟机器人的机械结构及优缺点基础上,提出一种新型二自由度下颌康复机器人。首先应用下颌运动轨迹描记仪对无症状正常咬合志愿者进行下颌侧方运动以及咀嚼运动的运动轨迹描记,并作为下颌康复机器人机构设计的基础。建立下颌侧方康复训练机构运动学模型,利用MATLAB进行侧方康复训练机构运动分析,并以下颌侧方运动位移、机构杆长参数值范围作为侧方康复训练机构优化设计的约束条件,康复训练过程加速度变化最小为优化目标,最终确定机构的最优化参数。根据曲柄连杆图谱确定咀嚼运动康复机构杆长比例,建立咀嚼运动康复训练机构数学模型,利用MATLAB进行咀嚼运动康复机构轨迹仿真,并结合人体实际尺寸及生理要求,确定机构各参数数值,完成机构的优化设计。最后遵循工作空间优化性原则,两种机构由一个电机驱动:下颌侧方康复训练为运动模式一、下颌咀嚼康复训练为运动模式二,并根据下颌运动约束肌肌力进行下颌康复机器人电机以及减速机类型以及型号的选择,利用CREO建立下颌康复机器人三维模型。相比于传统康复训练模式该机器人具有康复效率高、康复周期短等优点,并且机器人输出末端弹簧装置以及可调件的应用,既实现了机构的柔顺性又保证了患者康复训练的安全有效性。
【图文】：

Evens 通过模拟下颌的开闭运动，，并研究制作出 Hanau 牙合架标志着科学家们已经将康复机器人的研究重点转移到咀嚼机器人架各构件之间只存在铰链自由度，存在很大的缺陷。 所示，Hanau 牙合架可以对下颌运动进行较为真实的运动模拟架常应用于可摘局部义齿和全口义齿的修复中。Hanau 牙合架利环和螺丝分别模拟人体的上颌和下颌；髁导斜度的调节依靠髁梁方髁导斜度的调节需依靠调节侧柱位置；切导斜度的调节则要靠的角度，通过以上的调节才可以全面的对下颌运动进行模拟[4]。lum 对前期 Hanau 牙合架改进得到的“髁球—沟槽”构造牙合架方运动及颌位调节过程的模拟；Stuart 对牙合架进行创新改进构设计为“髁球—盒”结构，可以较为真实地复现髁道运动轨迹合架的研制未考虑到口腔生理结构、食物质地等因素，故其只能的研究及义齿修复，并不具备康复治疗作用。

华北理工大学硕士学位论文 2 所示，是英国布里斯托大学研制出的具有六个自由度的 Dento—M人[6]。该机器人的上颌骨固定在机架上，机架为 Stewart 平台，下颌间通过可动副连接，完成下颌移动和旋转运动，由于 Stewart 平台工所以该并联机器人可以对下颌轨迹进行很好的模拟，而且由于机器人可以达到的模拟咀嚼力较大；支撑架部分增加了力传感器，传感器齿材料的选择提供直观数据[7]。六个驱动机构分别用于模拟下颌参与的伸缩运动，以此控制动平台的运动，但是该机构没有将下颌的生理，故无法实现对下颌运动的真实性模拟。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：2574351