仿下颌运动机器人在牙科学、食品科学、生物力学和医疗康复等领域具有广泛应用价值。针对现有仿下颌运动机器人仿生性不足,为提高仿下颌机构的仿生性,更能真实再现人体下颌运动,本文基于人体口颌系统冗余驱动特性、下颌动作变刚度特性、人体肌肉单向拉力特性以及咀嚼肌附着点位置,提出一种基于绳索冗余驱动的仿下颌运动机构,并完成对该机构的运动学、力封闭工作空间、动力学、力优化分配和控制等相关工作。首先,根据人体下颌的仿生机理,确定采用绳索牵引的方式来模拟人体下颌主要的三组咀嚼肌(咬肌、颞肌和翼外肌),采用点接触高副模拟人体颞下颌关节(Temporomandibular joint,TMJ);基于人体下颌解剖学特征参数,对绳索与上下平台的连接位置和点接触高副(Higher kinematic pair,HKP)结构进行参数设计;选用气动人工肌肉作为该机构的驱动器,并完成系统的整体设计。本文设计的仿下颌运动机构具有冗余驱动、变刚度、结构紧凑等仿生特点。其次,对基于绳索驱动的仿下颌运动机构进行了自由度分析、运动学逆解和雅克比矩阵推导;为研究绳索单向力特性与位形之间的关系,对该机构进行了力封闭空间求解与分析;利用多体系统动力学仿真平台Adams建立该机构虚拟样机模型,进行下颌功能性运动(开闭运动、前后运动、侧方运动)的轨迹规划与运动仿真。仿真结果分析表明,绳索长度变化与人体咀嚼肌伸缩具有相似性,对研究人体下颌进行功能性运动过程中咀嚼肌的伸缩变化和受力情况具有重要作用。然后,采用第一类拉格朗日方程对该仿下颌机构进行了动力学建模;以绳索驱动功率L1范数和L2范数最小两种优化目标分别进行了驱动力优化分配求解;提出了采用一种投影神经网络的驱动力优化分配求解方法,将驱动力优化分配问题转化为投影神经动力学问题。数值计算结果表明,以绳索驱动功率L2范数最小为优化目标得到的最大瞬时驱动拉力减小约44%和最大瞬时驱动功率减小约36%,可提高机构的力学性能和承载能力;针对本文的力优化分配问题,投影神经网络求解方法比常规优化求解方法(内点法、序列二次规划和有效集法)有更高的求解计算效率,且随着并行计算的发展,具有更广泛的应用前景。最后,对该仿下颌机构设计了PD控制、增广PD控制和基于RBF网络逼近的自适应控制三种控制律,并简述了RBF网络和基于RBF网络逼近的自适应控制律的设计过程。分别在通过S函数描述仿下颌机构的动力学方程下,使用PD控制和增广PD控制两种控制律;在Adams中建立机构虚拟样机模型下,使用增广PD控制和基于RBF网络逼近的自适应控制两种控制律。两组仿真结果表明,在动力学精确建模下,增广PD控制较PD控制的跟踪误差更小,绳索的驱动拉力更理想;在动力学不精确建模下,基于RBF网络逼近的自适应控制的跟踪误差整体好于增广PD控制,但在仿真初始阶段,绳索驱动拉力抖动更加明显。