仿生咀嚼机器人是根据仿生原理对人类口颌系统进行仿生设计与制造,再现人类下颌咀嚼运动与咀嚼力,其科学价值在诸多领域存在着极强的影响力。为了保证真实模拟人类下颌咀嚼运动,本文根据人类下颌运动的特性和机械仿生原理,提出了一种以创新的高副串并混联机构作为驱动的五自由度智能义齿机器人,主要研究包括以下几点:首先,本文确定了智能义齿机器人样机的总体设计指标,在分析了多种咀嚼机器人类型与功能后,设计了智能义齿机器人样机的运动功能和检测功能;利用机构运动学原理,设计并完成智能义齿机器人样机高副并联机构与十字滑台串联机构的运动系统,最终实现了下颌动平台五自由度咀嚼运动;选用304不锈钢作为智能义齿机器人样机整体结构的加工材料,完全能够承受人类咀嚼运动所需的咬合力极限,具有良好的强度和可靠性;设计了一套电气系统,实现了对下颌动平台各部分电机的单独控制与联合控制;设计了一套传感器系统,可以将采集到的信号转化为数字信号并通过串口连接传输给计算机。其次,根据高副并联机构与十字滑台串联机构的坐标系统,建立了运动学模型。对下颌动平台装置进行了运动学分析,利用空间螺旋理论对模型进行自由度分析并对模型进行运动学正逆解分析,得出下颌动平台姿态角与电机转角之间的关系,有效地指导了电气系统的驱动方式和运动轨迹规划;分别求解了丝杠和球轴承的运动范围,并根据人类咀嚼运动包络空间参数,对下颌动平台工作空间进行了分析;研究了机械结构与电气驱动控制对下颌动平台运动精度的影响,并分析了误差补偿,实现了对下颌动平台运动的高精度控制。最后,为了验证智能义齿机器人样机的机械结构设计的合理性、电气系统的驱动可靠性和传感器系统数据采集的稳定性,在实验室展开了相关的实验研究,具体包括智能义齿机器人样机运动性能检测实验和咬合力检测实验。在进行样机的运动性能检测实验过程中,本文所设计的电气系统硬件部分与软件部分配合紧密,其电气控制信号与反馈能够及时传输,电气系统和机械结构能够协调运行,使下颌动平台按要求实现指定运动,具有良好的稳定性和精度;在运动过程中传感器系统对咬合力进行检测与数据采集,得到单颗义齿咬合力曲线和全口义齿咬合力曲线,其实验结果与理论相符合,证明了本文研制的智能义齿机器人样机能够符合要求。