仿下颌并联机构运行分析软件研究及开发开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

1选题来源、背景及研究意义

1.1选题来源

本课题旨在开发一种能够模拟人类下颌运动的仿生机器人下颌并联机构运行分析软件。该课题可以应用于机器人事业发展,医疗卫生等领域。

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2. 国内外研究现状分析

2国内外研究概况、发展水平和趋势

2.1仿下颌并联机构研究现状

并联机构起源于20世纪30年代,其基本组成包括静平台、动平台和若干运动支链;静平台与动平台之间通过多个相互关联的运动支链连接,动平台作为输出末端,是整个机构的核心构件。与串联机构相比,并联机构的运动精度高、结构刚度大、承载能力强、动力性能好,并且易于进行反馈控制。因而,并联机构在运动模拟器、飞船对接器、数控加工中心以及微动机器人等诸多领域中得到了广泛的应用。目前,学者们针对并联机构开展的研究涉及了运动学、动力学、机构学以及控制策略等多个领域。其中,美国佛罗里达大学的Gibbs等[31]、日本早稻田大学的Hyodo等[32]以及新西兰梅西大学的Xu等[33]分别就食品咀嚼机器人学,做出了各具特色的贡献。其中,Xu等研制的食品咀嚼机器人采用了6RSS的并联机构,该机构的设计考虑了人类咀嚼系统的生物力学特性,包括咀嚼肌的位置和方向、咀嚼力的大小及肌肉连接方式等因素。但是,由于机构动平台与支链的连接点不共面的原因导致存在非常严重的奇异位形问题,大大影响了并联机构的可控性和刚度性能,以致无法实现食品咀嚼所要求下颌运动和咬合力。澳大利亚阿德莱德大学的MarkⅢ咀嚼机构[36]、日本新泻大学的JSN下巴模拟器[37-38],主要是用来研究下颌系统的运动特征,分别用不锈钢电缆和绳索模拟驱动肌肉,考虑了肌肉的作用力方向。美国东北大学研制的下颌运动模拟器[39]主要用于研究下颌骨的动态负载、关节退变,但该机构在口腔闭合的过程中,不能真实模拟人类下颌轨迹。

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3. 研究的基本内容与计划

3课题研究的主要内容

3.1研究目标

本研究拟开发一种可以模拟人类下颌运动、还原人类咀嚼力的仿下颌运动机器人的并联机构运行分析软件。它可以运用于仿真机器人下颌组织运动实验、测试和教学等。

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4. 研究创新点

因为MATLAB语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富,数据的可视化非常简单,操作方便,MATLAB程序使得机器人的运动学分析变得直观,对进一步的开发具有重要的理论意义。

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