一種全仿真模擬咀嚼機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全仿真模擬咀嚼機，其包括左右開合旋轉(zhuǎn)組件、模擬口腔和咀嚼機械齒；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)。本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機能模擬牙齒上下咬合、左右磨錯、腮幫與舌頭對被咀嚼物進行聚攏和翻滾等人體咀嚼動作，仿真程度高，能使食物樣品充分的碎裂溶解，促使食物樣品中的主要成分充分溶出釋放。該裝置可廣泛應(yīng)用于食物樣品主要成分的釋放行為研究。
【專利說明】
一種全仿真模擬咀嚼機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬仿生機械領(lǐng)域，具體涉及一種全仿真模擬咀嚼機。
【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行煙草消費的煙草制品。它主要通過咀嚼、嗅聞、吸入、口含、含化等方式消費，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時，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入人體循環(huán)系統(tǒng)?；瘜W(xué)成分釋放的速率和含量直接影響其感官特征(如沖擊強度、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行實時的唾液成分分析?；诖?，無煙氣煙草制品需要在模擬人體口腔環(huán)境的恒溫條件進行充分接觸并接受模擬咀嚼、含化等的動作，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驗，不受主體因素影響，可控性強，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械結(jié)構(gòu)模擬口腔牙齒的上下咬合動作，而實際上人在咀嚼東西時除了牙齒的上下咬合動作之外，還有用上下牙對被咀嚼物的左右磨錯動作，以及用舌頭和腮幫配合促進被咀嚼物的聚攏和翻滾以便進行下一次咬合的動作。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該被咬成片狀的口香糖，然后靠舌頭和腮幫的聚攏動作，能將被咬成片狀的口香糖再次聚攏成團塊狀并翻滾，以便進行下一次咀嚼循環(huán)。但現(xiàn)有的模擬咀嚼機只能模擬牙齒的上下咬合動作，不能模擬牙齒的左右磨錯動作，也不能模擬舌頭和腮幫的上述聚攏和翻滾動作，即不能最大程度地模擬人的咀嚼動作。
[0005]此外，現(xiàn)有的模擬咀嚼機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間后，取樣分析其中的化學(xué)物質(zhì)溶出情況。而實際人的咀嚼過程中，是伴隨著唾液的動態(tài)分泌和動態(tài)吞咽動作的，即唾液量和溶于其中的化學(xué)物質(zhì)的濃度是隨時更新的，現(xiàn)有的模擬咀嚼機也不能模仿這種動態(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。

【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連接的兩個滑塊8，每個滑塊8上各有一個第一永磁鐵I;所述雙向絲桿3在開合步進電機2驅(qū)動下帶動所述兩個滑塊8做開合運動。
[0011]在具體實施方案中，所述開合步進電機2通過皮帶輪9驅(qū)動所述雙向絲桿3，將所述開合步進電機2的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為所述雙向絲桿3的開合運動。
[0012]在具體實施方案中，本發(fā)明的左右開合旋轉(zhuǎn)組件還包括旋轉(zhuǎn)步進電機10，用于驅(qū)動所述旋轉(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械齒，其包括支架102和置于支架102上的上咀嚼升降電機101和受其驅(qū)動的上咀嚼升降模組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，所述咀嚼機械齒還包括驅(qū)動所述上咀嚼升降軸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械齒，其中通過上咀嚼升降電機101驅(qū)動上咀嚼升降模組103升降進而帶動上咀嚼升降軸106及其端部的上咀嚼齒107的升降，并另外的靜態(tài)或動態(tài)的下咀嚼齒108配合，以模擬牙齒上下咬合動作;其中通過上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機105帶動所述上咀嚼升降軸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動作。
[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作。
[0024]其中所述下咀嚼齒108可以是與本發(fā)明的咀嚼機械齒分開獨立設(shè)置的，其類似于石占板，其或為靜止的，或為運動的，其中所述運動包括上下運動和水平旋轉(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，實現(xiàn)模擬咀嚼的過程中牙齒的不同頻率的上下咬合動作。
[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，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還設(shè)有集液組件21，、進液蠕動栗2，2、出液蠕動栗23，其中所述進液蠕動栗22的進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N工位旋轉(zhuǎn)盤，每個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26和皮帶輪9驅(qū)動下繞其軸旋轉(zhuǎn)，以將各個工位的試劑瓶內(nèi)的試劑逐一供應(yīng)給進液蠕動栗。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，然后啟動所述咀嚼機械齒，則依本發(fā)明第四方面所述對被咀嚼物進行上下咬合和左右磨錯。
[0034]與此同時，啟動所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件，所述雙向絲桿3在開合步進電機2驅(qū)動下帶動所述兩個滑塊8做開合運動，由此帶動兩塊所述第一永磁鐵I做開合運動，在磁力作用影響下，兩塊所述第二永磁鐵183也做開合運動，進而帶動所述夾板182做開合運動，對放在其間的被咀嚼物進行夾合，由此模擬對被咀嚼物的聚攏動作。
[0035]同時，所述旋轉(zhuǎn)步進電機10也驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)基座6在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)也帶動第一永磁鐵旋轉(zhuǎn)，進而帶動第二永磁鐵旋轉(zhuǎn)，并帶動夾板組件旋轉(zhuǎn)，進而帶動被咀嚼物的旋轉(zhuǎn)，由此模擬對被咀嚼物的翻滾動作。
[0036]如果希望，還可以啟動所述進液蠕動栗21和出液蠕動栗23，以彼此獨立的設(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作，考察被咀嚼物在動態(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也完全可以在定量唾液靜態(tài)浸泡下進行模擬咀嚼操作。
[0037]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點如下:
[0038]本發(fā)明的各個零部件的巧妙組合，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、聚攏和翻滾動作，可以較為系統(tǒng)全面的模擬整個口腔、舌頭、腮幫、牙齒的配合整套動作，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)選實施方案中，還能模擬人體口腔分泌唾液和吞咽唾液的動作。本發(fā)明可以最大程度地再現(xiàn)人類咀嚼動作，是集機構(gòu)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)及機械電子學(xué)等多項技術(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、開合步進電機;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)步進電機;11、溶液皿底托;12、溫度傳感器;13、加熱板；14、加熱管；15、進液管；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、進液蠕動栗;23、出液蠕動栗;24、全仿真模擬咀嚼機主機;25、試劑瓶；101、上咀嚼升降電機；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；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。
【具體實施方式】
[0049]下面通過具體實施例的詳細(xì)描述來進一步闡明本發(fā)明，但并不是對本發(fā)明的限制。
[0050]實施例1
[0051]使用如附圖6所示的咀嚼機械齒對膠基型嚼煙進行咀嚼。
[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)置每次咀嚼動作在上咀嚼升降軸下降20mm時，旋轉(zhuǎn)180°，實現(xiàn)左右磨錯。如此上下咬合且左右磨錯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行主要成分分析，并取出剩余的膠基型嚼煙樣品做進一步分析檢測。
[0053]實施例2
[0054]使用本發(fā)明的全仿真模擬咀嚼機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行檢測分析，繪制膠基型嚼煙的煙堿溶出曲線。
【主權(quán)項】
1.一種全仿真模擬咀嚼機，其特征在于，其包括左右開合旋轉(zhuǎn)組件、模擬口腔和咀嚼機械齒； 其中所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件，包括以下組件: 旋轉(zhuǎn)基座(6)，其能繞著軸(7)在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)； 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)連接的兩個滑塊(8)，每個滑塊(8)上各有一個第一永磁鐵(I);所述雙向絲桿(3)在開合步進電機(2)驅(qū)動下帶動所述兩個滑塊(8)做開合運動； 其中所述模擬口腔，包括以下組件: 溶液皿(16)，其具有進液管(15)和出液管(17); 開合導(dǎo)向槽(19)，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(I 83); 其中所述咀嚼機械齒包括支架(102)和置于支架(102)上的上咀嚼升降電機(101)和受其驅(qū)動的上咀嚼升降模組(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)，所述咀嚼機械齒還包括驅(qū)動所述上咀嚼升降軸(106)旋轉(zhuǎn)的上咀嚼旋轉(zhuǎn)直流減速電機(105); 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)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，其特征在于，所述開合步進電機(2)通過同步帶輪(9)驅(qū)動所述雙向絲桿(3)，將所述開合步進電機(2)的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為所述雙向絲桿(3)的開合運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，其特征在于，還包括旋轉(zhuǎn)步進電機(10)，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)基座(6)在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，其特征在于，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(14)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，其特征在于，所述牙板(181)被可滑動式裝配到所述開合導(dǎo)向槽(19)上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，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)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全仿真模擬咀嚼機，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。
【文檔編號】G01N33/02GK106053730SQ201610554134
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】楊繼, 田永峰, 段沅杏, 侯明, 袁大林, 趙偉, 楊柳, 陳明, 湯建國, 朱東來, 鞏效偉, 韓熠, 洪鎏, 陳永寬, 繆明明
【申請人】云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 上海帕夫曼自動化儀器有限公司