用于食品检测的咀嚼平台机构及其控制系统研究

发布时间：2020-06-05 22:31

【摘要】：咀嚼平台是集机构学、运动学、控制工程、软件工程等多学科领域技术于一体的应用产品,可以近似地模拟人类口颌的咬合咀嚼行为,在牙科学、生物力学、尤其是食品科学领域具有一定的应用价值。本文结合人类口颌肌肉在下颌骨的插入点,提出了一种能够实现咬合咀嚼功能的咀嚼平台机构。该机构与以往的咀嚼机器人不同,将人类的咬合咀嚼行为看做是上颌与下颌的相对运动,两者独立驱动,互相配合,共同完成咬合咀嚼功能。本文中采用两条PUS支链模拟咬肌在下颌骨的插入位置对下颌转动平台进行双侧驱动。并在综合考虑牙齿最大咀嚼力以及运动过程中机构的受力情况下,给出了部分关键零件的具体型号参数;通过Workbench仿真平台对机构的关键零部件做了静力学仿真,验证了机构所选材质在承受最大咀嚼力的情况下,其形变量和应力应变等参数在合理的范围之内;推导了丝杠工作台与下颌安装板之间的运动位置关系,并基于此得出了下颌最大开口时限位开关的安装高度。随后,结合机构的特性和所要实现的运动功能,提出了总体控制方案并对硬件选型做了详细地分析。通过MATLAB拟合出了压力传感器的电阻-压力的关系曲线。设计了基于DMA传输方式的多通道数据采集的软件实现部分,并给出了基于串口通信方式的数据帧格式。设计了可调速、脉冲个数可控的步进电机控制方案,并在此基础上给出了机构在咬合和咀嚼运动模式下按指定咀嚼力运动的控制策略。接下来对咀嚼平台机构的上位机软件开发进行了需求分析,并在此基础上,给出了上位机功能实现的总体框架,介绍了上位机开发过程中所涉及到的关键技术,并最终实现了用户登录、用户管理、串口通信连接、多通道数据采集显示、数据校验、数据转换、数据保存等功能模块。最后,对咀嚼平台样机进行了综合测试,验证表明了样机运行基本无误,咀嚼力误差与设定值误差较小。
【图文】：

能够对食品质地进行评价的效果。人研究进展机器人的研究已经持续多年，目前在牙科学、食品科学。根据咀嚼机器人的自由度数目，可将其大致分为单嚼模拟装置。嚼模拟装置公司研发的质构仪[12]，如图 1-1 中的（a）所示，其原应探头，此探头可近似地模拟人的触觉，通过驱动此探据，以此来对食品质构进行分析。通过更换安装不同的特性。在智取公司生产的压力试验机的基础上进行了二次开型，通过底板两侧的升降螺栓调节下牙齿的倾斜角度食物的咬合，进而得到食品质地的相关研究数据。

第一章绪论双轴咀嚼模拟装置外，美国明尼苏达州大学的 Delong 等人在单轴驱动的基础上加入了[13]，两驱动机构互相配合，载物台在水平方向运动，实现位置控制，方向施加载荷。可利用此设备对被测物进行频率为 4Hz 的磨损实验达到 25000 次时，，大致相当于人类牙齿一年时间的咀嚼磨损运动，如a）所示。内，林宝山等人发明了一种 TCML 咀嚼模拟疲劳试验机[14]，如图 1-2该试验机通过冷热水交替循环的方式，达到模拟口腔环境温度变化的套偏心轮系统驱动载荷加载器与被测试件做相对运动，进而实现对碎运动的模拟。吴畏等人[15]采用该设备对不同类型的桩修复后的义120 万次的循环负荷试验，以研究不同的修复材料在模拟口腔环境下劳强度。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TS207.3

【参考文献】