一種咀嚼機(jī)械齒和模擬咀嚼的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種咀嚼機(jī)械齒，其包括支架(102)和置于支架(102)上的上咀嚼升降電機(jī)(101)和受其驅(qū)動(dòng)的上咀嚼升降模組(103)，以及與上咀嚼升降模組(103)相連并隨之升降的豎直取向的上咀嚼升降軸(106)，所述上咀嚼升降軸(106)的端部具有上咀嚼齒(107)，所述咀嚼機(jī)械齒還包括驅(qū)動(dòng)所述上咀嚼升降軸(106)旋轉(zhuǎn)的上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)(105)。該咀嚼機(jī)械齒用作全仿真模擬咀嚼機(jī)的零部件。
【專利說明】
一種咀嚼機(jī)械齒和模擬咀嚼的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬仿生機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種咀嚼機(jī)械齒，其用作全仿真模擬咀嚼機(jī)的零部件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著《煙草控制框架公約》(FCTC)有關(guān)禁止煙草煙霧在公共場所擴(kuò)散的禁令的頒布以及人們對吸煙危害性的廣泛接受，還有國家對減害降焦的高度重視，無煙煙草制品的發(fā)展已成為煙草行業(yè)的必然選擇之一。無煙氣煙草制品是一種通過非燃燒途徑進(jìn)行煙草消費(fèi)的煙草制品。它主要通過咀嚼、嗅聞、吸入、口含、含化等方式消費(fèi)，它避免了傳統(tǒng)卷煙“二手煙”的困擾，具有良好的市場前景。
[0003]袋裝口含煙、含化煙和嚼煙作為無煙氣煙草重要產(chǎn)品形式日益受到廣泛關(guān)注。無煙氣煙草制品在口腔中被消費(fèi)時(shí)，煙草制品被唾液浸潤，其主要的化學(xué)成分開始釋放并通過不同途徑進(jìn)入人體循環(huán)系統(tǒng)。化學(xué)成分釋放的速率和含量直接影響其感官特征(如沖擊強(qiáng)度、香味留香)和安全性。因此，研究其主要化學(xué)成分釋放特征及其相關(guān)的影響因素將有助于實(shí)現(xiàn)對無煙氣煙草制品的開發(fā)和品質(zhì)掌控。為了研究主要化學(xué)成分的釋放特征，需要對食用無煙氣煙草制品的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的唾液成分分析?；诖?，無煙氣煙草制品需要在模擬人體口腔環(huán)境的恒溫條件進(jìn)行充分接觸并接受模擬咀嚼、含化等的動(dòng)作，使其主要成分能充分釋放出來。
[0004]采用模擬口腔構(gòu)型的裝置代替人體志愿者實(shí)驗(yàn)，不受主體因素影響，可控性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，但是傳統(tǒng)的模擬咀嚼裝置只是簡單的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)模擬口腔牙齒的上下咬合動(dòng)作，而實(shí)際上人在咀嚼東西時(shí)除了牙齒的上下咬合動(dòng)作之外，還有用上下牙對被咀嚼物的左右磨錯(cuò)動(dòng)作，以及用舌頭和腮幫配合促進(jìn)被咀嚼物的聚攏和翻滾以便進(jìn)行下一次咬合的動(dòng)作。以口香糖為例，牙齒上下咬合將其咬扁成片狀后，然后上下牙左右磨錯(cuò)該被咬成片狀的口香糖，然后靠舌頭和腮幫的聚攏動(dòng)作，能將被咬成片狀的口香糖再次聚攏成團(tuán)塊狀并翻滾，以便進(jìn)行下一次咀嚼循環(huán)。但現(xiàn)有的模擬咀嚼機(jī)只能模擬牙齒的上下咬合動(dòng)作，不能模擬牙齒的左右磨錯(cuò)動(dòng)作，也不能模擬舌頭和腮幫的上述聚攏和翻滾動(dòng)作，即不能最大程度地模擬人的咀嚼動(dòng)作。
[0005]此外，現(xiàn)有的模擬咀嚼機(jī)中雖然也使用了人工唾液，但其采用的是定量人工唾液浸泡的方式，即用確定量的人工唾液浸泡一段時(shí)間后，取樣分析其中的化學(xué)物質(zhì)溶出情況。而實(shí)際人的咀嚼過程中，是伴隨著唾液的動(dòng)態(tài)分泌和動(dòng)態(tài)吞咽動(dòng)作的，即唾液量和溶于其中的化學(xué)物質(zhì)的濃度是隨時(shí)更新的，現(xiàn)有的模擬咀嚼機(jī)也不能模仿這種動(dòng)態(tài)更新過程。
[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種全仿真咀嚼咀嚼機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明的第一方面涉及一種左右開合旋轉(zhuǎn)組件，其包括以下組件:
[0009]旋轉(zhuǎn)基座6，其能繞著軸7在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；
[0010]直線導(dǎo)軌4，其水平式固定在所述旋轉(zhuǎn)基座6上，該直線導(dǎo)軌4上設(shè)有靠雙向絲桿3連接的兩個(gè)滑塊8，每個(gè)滑塊8上各有一個(gè)第一永磁鐵I;所述雙向絲桿3在開合步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述兩個(gè)滑塊8做開合運(yùn)動(dòng)。
[0011]在具體實(shí)施方案中，所述開合步進(jìn)電機(jī)2通過皮帶輪9驅(qū)動(dòng)所述雙向絲桿3，將所述開合步進(jìn)電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為所述雙向絲桿3的開合運(yùn)動(dòng)。
[0012]在具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的左右開合旋轉(zhuǎn)組件還包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10，用于驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)基座6在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。
[0013]本發(fā)明的第二方面涉及一種模擬口腔，其包括以下組件:
[0014]溶液皿16，其具有進(jìn)液管15和出液管17;
[0015]開合導(dǎo)向槽9，其置于所述溶液皿16內(nèi)，且其內(nèi)具有一對夾合組件18;其中每一夾合組件18具有牙板181、固定在牙板181上的夾板182和置于夾板182底部的第二永磁鐵183。
[0016]優(yōu)選地，所述溶液皿16底部具有加熱板13，和/或，所述溶液皿16側(cè)壁具有加熱管14ο
[0017]其中，所述牙板181被可滑動(dòng)式裝配到所述開合導(dǎo)向槽9上。
[0018]本發(fā)明的第三方面涉及一種咀嚼機(jī)械齒，其包括支架102和置于支架102上的上咀嚼升降電機(jī)101和受其驅(qū)動(dòng)的上咀嚼升降模組103，以及與上咀嚼升降模組103相連并隨之升降的豎直取向的上咀嚼升降軸106，所述上咀嚼升降軸106的端部具有上咀嚼齒107，所述咀嚼機(jī)械齒還包括驅(qū)動(dòng)所述上咀嚼升降軸106旋轉(zhuǎn)的上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)105。
[0019]優(yōu)選地，在所述上咀嚼升降軸106的頂部設(shè)置有砝碼組件104。砝碼組件范圍是:500g、lKg、2Kg、5Kg。在模擬咀嚼過程中可以通過替換不同質(zhì)量的砝碼，通過重力作用完成咀嚼力的加載，實(shí)現(xiàn)牙齒的不同咬合力度。
[0020]優(yōu)選地，所述上咀嚼齒107的端面為平面的或凹凸不平的。例如，上咀嚼齒107的端面為平面或帶尖角的不同的模具，可以模擬人體口腔不同形狀牙齒的咬合動(dòng)作。
[0021]本發(fā)明的第四方面提供一種模擬咀嚼的方法，該方法使用如本發(fā)明第三方面所述的咀嚼機(jī)械齒，其中通過上咀嚼升降電機(jī)101驅(qū)動(dòng)上咀嚼升降模組103升降進(jìn)而帶動(dòng)上咀嚼升降軸106及其端部的上咀嚼齒107的升降，并另外的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的下咀嚼齒108配合，以模擬牙齒上下咬合動(dòng)作;其中通過上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)105帶動(dòng)所述上咀嚼升降軸106及其端部的上咀嚼齒107的旋轉(zhuǎn)，以模擬牙齒的左右磨錯(cuò)動(dòng)作。
[0022]優(yōu)選地，在所述上咀嚼升降軸106的頂部設(shè)置有砝碼組件104，以模擬不同大小的牙齒咬合力度。
[0023]優(yōu)選地，將所述上咀嚼齒107的端面為平面的或凹凸不平的，以模擬不同形狀的牙齒的咬合動(dòng)作。
[0024]其中所述下咀嚼齒108可以是與本發(fā)明的咀嚼機(jī)械齒分開獨(dú)立設(shè)置的，其類似于石占板，其或?yàn)殪o止的，或?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的，其中所述運(yùn)動(dòng)包括上下運(yùn)動(dòng)和水平旋轉(zhuǎn)。
[0025]其中，所述上咀嚼升降軸106的升降頻率范圍為3秒/次?5min/次，實(shí)現(xiàn)模擬咀嚼的過程中牙齒的不同頻率的上下咬合動(dòng)作。
[0026]其中所述上咀嚼升降軸106的升降范圍是:0?100mm，可以覆蓋口腔牙齒上下動(dòng)作的最大和最小范圍。
[0027]其中所述上咀嚼升降軸106的旋轉(zhuǎn)范圍是:0?360°可以覆蓋口腔牙齒左右動(dòng)作的最大和最小范圍。
[0028]本發(fā)明的第五方面涉及一種全仿真模擬咀嚼機(jī)，其包括以上所述的左右開合旋轉(zhuǎn)組件、模擬口腔和所述咀嚼機(jī)械齒，其中所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件置于所述模擬口腔下方，并使得其中所述第一永磁鐵和第二永磁鐵上下相對設(shè)置，所述咀嚼機(jī)械齒的上咀嚼齒107對準(zhǔn)所述模擬口腔的溶液皿16，即以所述溶液皿16作為所述下咀嚼齒108。
[0029]優(yōu)選地，本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機(jī)還設(shè)有集液組件21，、進(jìn)液蠕動(dòng)栗2，2、出液蠕動(dòng)栗23，其中所述進(jìn)液蠕動(dòng)栗22的進(jìn)液口連接至所述集液組件21，出液口連接至所述人工口腔的進(jìn)液管15，其中所述人工口腔的出液管17連接至所述出液蠕動(dòng)栗23。
[0030]其中所述集液組件21可以為任何容器。但優(yōu)選地，其為一個(gè)N工位旋轉(zhuǎn)盤，每個(gè)工位彼此平行且各自設(shè)有試劑瓶25。該N工位旋轉(zhuǎn)盤可在旋轉(zhuǎn)電機(jī)26和皮帶輪9驅(qū)動(dòng)下繞其軸旋轉(zhuǎn)，以將各個(gè)工位的試劑瓶內(nèi)的試劑逐一供應(yīng)給進(jìn)液蠕動(dòng)栗。一種優(yōu)選的N工位旋轉(zhuǎn)盤是15工位旋轉(zhuǎn)盤，如圖8所示。
[0031]本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機(jī)及其各零部件的工作過程如下:
[0032]首先將所述模擬口腔放在所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件的上方，并使得第一永磁鐵I與第二永磁鐵183上下相對設(shè)置。然后將所述咀嚼機(jī)械齒的上咀嚼齒107對準(zhǔn)所述模擬口腔的溶液皿16，即以所述溶液皿16作為所述下咀嚼齒108。
[0033]向所述模擬口腔中放入被咀嚼物，例如口香糖或口含煙，然后啟動(dòng)所述咀嚼機(jī)械齒，則依本發(fā)明第四方面所述對被咀嚼物進(jìn)行上下咬合和左右磨錯(cuò)。
[0034]與此同時(shí)，啟動(dòng)所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件，所述雙向絲桿3在開合步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)所述兩個(gè)滑塊8做開合運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)兩塊所述第一永磁鐵I做開合運(yùn)動(dòng)，在磁力作用影響下，兩塊所述第二永磁鐵183也做開合運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)所述夾板182做開合運(yùn)動(dòng)，對放在其間的被咀嚼物進(jìn)行夾合，由此模擬對被咀嚼物的聚攏動(dòng)作。
[0035]同時(shí)，所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10也驅(qū)動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)基座6在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)也帶動(dòng)第一永磁鐵旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第二永磁鐵旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)夾板組件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)被咀嚼物的旋轉(zhuǎn)，由此模擬對被咀嚼物的翻滾動(dòng)作。
[0036]如果希望，還可以啟動(dòng)所述進(jìn)液蠕動(dòng)栗21和出液蠕動(dòng)栗23，以彼此獨(dú)立的設(shè)定速率向所述模擬口腔中供應(yīng)和排出人工唾液，以模擬唾液分泌和唾液吞咽動(dòng)作，考察被咀嚼物在動(dòng)態(tài)唾液量下的溶出過程。當(dāng)然，本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機(jī)也完全可以在定量唾液靜態(tài)浸泡下進(jìn)行模擬咀嚼操作。
[0037]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)如下:
[0038]本發(fā)明的各個(gè)零部件的巧妙組合，可全面模擬人體口腔在咀嚼食物過程中對被咀嚼物的上下咬合、左右磨錯(cuò)、聚攏和翻滾動(dòng)作，可以較為系統(tǒng)全面的模擬整個(gè)口腔、舌頭、腮幫、牙齒的配合整套動(dòng)作，完成模擬人體口腔不斷嚼食、擠壓、翻轉(zhuǎn)食物的過程，使食物樣品更充分的碎裂溶解，促使食物樣品中的主要成分充分溶出釋放。在優(yōu)選實(shí)施方案中，還能模擬人體口腔分泌唾液和吞咽唾液的動(dòng)作。本發(fā)明可以最大程度地再現(xiàn)人類咀嚼動(dòng)作，是集機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及機(jī)械電子學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)于一體的工程科學(xué)。
【附圖說明】
[0039]圖1為左右開合旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖2為模擬口腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖3為展示左右開合旋轉(zhuǎn)組件和模擬口腔的安裝關(guān)系的圖。
[0042]圖4為其中的夾合組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖5為展示模擬口腔的結(jié)構(gòu)的爆炸圖。
[0044]圖6為咀嚼機(jī)械齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖7為本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機(jī)的全景圖。
[0046]圖8為N工位旋轉(zhuǎn)盤示例圖。
[0047]圖中附圖標(biāo)記含義如下:
[0048]1、第一永磁鐵;2、開合步進(jìn)電機(jī);3、雙向絲桿;4、直線導(dǎo)軌;5、永磁鐵夾緊塊;6、旋轉(zhuǎn)基座;7、軸;8、滑塊;9、皮帶輪;1、旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī);11、溶液皿底托;12、溫度傳感器;13、加熱板；14、加熱管；15、進(jìn)液管；16、溶液皿；17、出液管；18、夾合組件；19、開合導(dǎo)向槽。21、集液組件;22、進(jìn)液蠕動(dòng)栗;23、出液蠕動(dòng)栗;24、全仿真模擬咀嚼機(jī)主機(jī);25、試劑瓶。101、上咀嚼升降電機(jī)；102、支架；103、上咀嚼升降模組；104、砝碼組件；105、上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)；106、上咀嚼升降軸；107、上咀嚼齒；108、下咀嚼齒；181、牙板；182、夾板；183、第二永磁鐵。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面通過具體實(shí)施例的詳細(xì)描述來進(jìn)一步闡明本發(fā)明，但并不是對本發(fā)明的限制。
[0050]實(shí)施例1
[0051]使用如附圖6所示的咀嚼機(jī)械齒對膠基型嚼煙進(jìn)行咀嚼。
[0052]將膠基型嚼煙一粒放入溶液皿，加入1mL人工唾液，設(shè)置咀嚼機(jī)械齒工作過程如下:選取5Kg砝碼組件4安裝在上咀嚼升降軸6上，設(shè)置以5秒一次的頻率上下咬合20次，設(shè)置每次咀嚼動(dòng)作在上咀嚼升降軸下降20mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)180°，實(shí)現(xiàn)左右磨錯(cuò)。如此上下咬合且左右磨錯(cuò)20次后，在另外的人工舌的配合下，膠基型嚼煙完全碎裂。將溶液皿中的溶液排出進(jìn)行主要成分分析，并取出剩余的膠基型嚼煙樣品做進(jìn)一步分析檢測。
[0053]實(shí)施例2
[0054]使用本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機(jī)來模擬膠基型嚼煙的咀嚼過程。
[0055]將一粒膠基型嚼煙放入溶液皿中，注入1ml人工唾液，設(shè)置咀嚼機(jī)械齒以5秒一次的頻率共旋轉(zhuǎn)上下咀嚼20次，每隔4次啟動(dòng)所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件，每旋轉(zhuǎn)45°做一次咬合，咬合寬度15mm，共咬合5次。完成后萃取將溶液萃取至2號收集工位。第二次再注入1ml人工唾液，以10秒一次的頻率共旋轉(zhuǎn)咀嚼10次，每隔5次啟動(dòng)左右開合旋轉(zhuǎn)組件，每旋轉(zhuǎn)30°做一次咬合，咬合寬度10mm，共咬合6次。完成后將溶液萃取至3號收集工位。第三次再注入1ml人工唾液，以5秒一次的頻率共上下咀嚼30次，每隔5次啟動(dòng)左右開合旋轉(zhuǎn)組件，每旋轉(zhuǎn)90°做一次咬合，咬合寬度8mm，共咬合4次。完成后將溶液萃取至4號工位。分別對2、3、4號工位中的人工唾液中的煙堿進(jìn)行檢測分析，繪制膠基型嚼煙的煙堿溶出曲線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種咀嚼機(jī)械齒，其特征在于，包括支架(102)和置于支架(102)上的上咀嚼升降電機(jī)(101)和受其驅(qū)動(dòng)的上咀嚼升降模組(103)，以及與上咀嚼升降模組(103)相連并隨之升降的豎直取向的上咀嚼升降軸(106)，所述上咀嚼升降軸(106)的端部具有上咀嚼齒(107)，所述咀嚼機(jī)械齒還包括驅(qū)動(dòng)所述上咀嚼升降軸(106)旋轉(zhuǎn)的上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)(105)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的咀嚼機(jī)械齒，其特征在于，在所述上咀嚼升降軸(106)的頂部設(shè)置有砝碼組件(104)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的咀嚼機(jī)械齒，其特征在于，所述上咀嚼齒(107)的端面為平面的或凹凸不平的。4.一種模擬咀嚼的方法，其特征在于，該方法使用如權(quán)利要求1所述的咀嚼機(jī)械齒，其中通過上咀嚼升降電機(jī)(101)驅(qū)動(dòng)上咀嚼升降模組(103)升降進(jìn)而帶動(dòng)上咀嚼升降軸(106)及其端部的上咀嚼齒(107)的升降，并另外的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的下咀嚼齒(108)配合，以模擬牙齒上下咬合動(dòng)作;其中通過上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(jī)(105)帶動(dòng)所述上咀嚼升降軸(106)及其端部的上咀嚼齒(107)的旋轉(zhuǎn)，以模擬牙齒的左右磨錯(cuò)動(dòng)作。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬咀嚼的方法，其特征在于，在所述上咀嚼升降軸(106)的頂部設(shè)置有砝碼組件(104)，以模擬不同大小的牙齒咬合力度。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬咀嚼的方法，其特征在于，將所述上咀嚼齒(107)的端面為平面的或凹凸不平的，以模擬不同形狀的牙齒的咬合動(dòng)作。
【文檔編號】G01N33/00GK106018705SQ201610554820
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】楊繼, 袁大林, 侯明, 楊柳, 段沅杏, 趙偉, 田永峰, 唐順良, 鞏效偉, 韓熠, 洪鎏, 李壽波, 陳永寬, 繆明明
【申請人】云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 上海帕夫曼自動(dòng)化儀器有限公司