CN106018705A - 一种咀嚼机械齿和模拟咀嚼的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种咀嚼机械齿，其包括支架(102)和置于支架(102)上的上咀嚼升降电机(101)和受其驱动的上咀嚼升降模组(103)，以及与上咀嚼升降模组(103)相连并随之升降的竖直取向的上咀嚼升降轴(106)，所述上咀嚼升降轴(106)的端部具有上咀嚼齿(107)，所述咀嚼机械齿还包括驱动所述上咀嚼升降轴(106)旋转的上咀嚼旋转直流减速电机(105)。该咀嚼机械齿用作全仿真模拟咀嚼机的零部件。

Description

一种咀嚼机械齿和模拟咀嚼的方法

技术领域

本发明属仿生机械领域，具体涉及一种咀嚼机械齿，其用作全仿真模拟咀嚼机的零部件。

背景技术

随着《烟草控制框架公约》(FCTC)有关禁止烟草烟雾在公共场所扩散的禁令的颁布以及人们对吸烟危害性的广泛接受，还有国家对减害降焦的高度重视，无烟烟草制品的发展已成为烟草行业的必然选择之一。无烟气烟草制品是一种通过非燃烧途径进行烟草消费的烟草制品。它主要通过咀嚼、嗅闻、吸入、口含、含化等方式消费，它避免了传统卷烟“二手烟”的困扰，具有良好的市场前景。

袋装口含烟、含化烟和嚼烟作为无烟气烟草重要产品形式日益受到广泛关注。无烟气烟草制品在口腔中被消费时，烟草制品被唾液浸润，其主要的化学成分开始释放并通过不同途径进入人体循环系统。化学成分释放的速率和含量直接影响其感官特征(如冲击强度、香味留香)和安全性。因此，研究其主要化学成分释放特征及其相关的影响因素将有助于实现对无烟气烟草制品的开发和品质掌控。为了研究主要化学成分的释放特征，需要对食用无烟气烟草制品的过程进行实时的唾液成分分析。基于此，无烟气烟草制品需要在模拟人体口腔环境的恒温条件进行充分接触并接受模拟咀嚼、含化等的动作，使其主要成分能充分释放出来。

采用模拟口腔构型的装置代替人体志愿者实验，不受主体因素影响，可控性强，重现性好，但是传统的模拟咀嚼装置只是简单的利用机械结构模拟口腔牙齿的上下咬合动作，而实际上人在咀嚼东西时除了牙齿的上下咬合动作之外，还有用上下牙对被咀嚼物的左右磨错动作，以及用舌头和腮帮配合促进被咀嚼物的聚拢和翻滚以便进行下一次咬合的动作。以口香糖为例，牙齿上下咬合将其咬扁成片状后，然后上下牙左右磨错该被咬成片状的口香糖，然后靠舌头和腮帮的聚拢动作，能将被咬成片状的口香糖再次聚拢成团块状并翻滚，以便进行下一次咀嚼循环。但现有的模拟咀嚼机只能模拟牙齿的上下咬合动作，不能模拟牙齿的左右磨错动作，也不能模拟舌头和腮帮的上述聚拢和翻滚动作，即不能最大程度地模拟人的咀嚼动作。

此外，现有的模拟咀嚼机中虽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，即用确定量的人工唾液浸泡一段时间后，取样分析其中的化学物质溶出情况。而实际人的咀嚼过程中，是伴随着唾液的动态分泌和动态吞咽动作的，即唾液量和溶于其中的化学物质的浓度是随时更新的，现有的模拟咀嚼机也不能模仿这种动态更新过程。

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种全仿真咀嚼咀嚼机。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面涉及一种左右开合旋转组件，其包括以下组件：

旋转基座6，其能绕着轴7在水平面内旋转；

直线导轨4，其水平式固定在所述旋转基座6上，该直线导轨4上设有靠双向丝杆3连接的两个滑块8，每个滑块8上各有一个第一永磁铁1；所述双向丝杆3在开合步进电机2驱动下带动所述两个滑块8做开合运动。

在具体实施方案中，所述开合步进电机2通过皮带轮9驱动所述双向丝杆3，将所述开合步进电机2的旋转运动转化为所述双向丝杆3的开合运动。

在具体实施方案中，本发明的左右开合旋转组件还包括旋转步进电机10，用于驱动所述旋转基座6在水平面内的旋转。

本发明的第二方面涉及一种模拟口腔，其包括以下组件：

溶液皿16，其具有进液管15和出液管17；

开合导向槽9，其置于所述溶液皿16内，且其内具有一对夹合组件18；其中每一夹合组件18具有牙板181、固定在牙板181上的夹板182和置于夹板182底部的第二永磁铁183。

优选地，所述溶液皿16底部具有加热板13，和/或，所述溶液皿16侧壁具有加热管14。

其中，所述牙板181被可滑动式装配到所述开合导向槽9上。

本发明的第三方面涉及一种咀嚼机械齿，其包括支架102和置于支架102上的上咀嚼升降电机101和受其驱动的上咀嚼升降模组103，以及与上咀嚼升降模组103相连并随之升降的竖直取向的上咀嚼升降轴106，所述上咀嚼升降轴106的端部具有上咀嚼齿107，所述咀嚼机械齿还包括驱动所述上咀嚼升降轴106旋转的上咀嚼旋转直流减速电机105。

优选地，在所述上咀嚼升降轴106的顶部设置有砝码组件104。砝码组件范围是：500g、1Kg、2Kg、5Kg。在模拟咀嚼过程中可以通过替换不同质量的砝码，通过重力作用完成咀嚼力的加载，实现牙齿的不同咬合力度。

优选地，所述上咀嚼齿107的端面为平面的或凹凸不平的。例如，上咀嚼齿107的端面为平面或带尖角的不同的模具，可以模拟人体口腔不同形状牙齿的咬合动作。

本发明的第四方面提供一种模拟咀嚼的方法，该方法使用如本发明第三方面所述的咀嚼机械齿，其中通过上咀嚼升降电机101驱动上咀嚼升降模组103升降进而带动上咀嚼升降轴106及其端部的上咀嚼齿107的升降，并另外的静态或动态的下咀嚼齿108配合，以模拟牙齿上下咬合动作；其中通过上咀嚼旋转直流减速电机105带动所述上咀嚼升降轴106及其端部的上咀嚼齿107的旋转，以模拟牙齿的左右磨错动作。

优选地，在所述上咀嚼升降轴106的顶部设置有砝码组件104，以模拟不同大小的牙齿咬合力度。

优选地，将所述上咀嚼齿107的端面为平面的或凹凸不平的，以模拟不同形状的牙齿的咬合动作。

其中所述下咀嚼齿108可以是与本发明的咀嚼机械齿分开独立设置的，其类似于砧板，其或为静止的，或为运动的，其中所述运动包括上下运动和水平旋转。

其中，所述上咀嚼升降轴106的升降频率范围为3秒/次～5min/次，实现模拟咀嚼的过程中牙齿的不同频率的上下咬合动作。

其中所述上咀嚼升降轴106的升降范围是：0～100mm，可以覆盖口腔牙齿上下动作的最大和最小范围。

其中所述上咀嚼升降轴106的旋转范围是：0～360°可以覆盖口腔牙齿左右动作的最大和最小范围。

本发明的第五方面涉及一种全仿真模拟咀嚼机，其包括以上所述的左右开合旋转组件、模拟口腔和所述咀嚼机械齿，其中所述左右开合旋转组件置于所述模拟口腔下方，并使得其中所述第一永磁铁和第二永磁铁上下相对设置，所述咀嚼机械齿的上咀嚼齿107对准所述模拟口腔的溶液皿16，即以所述溶液皿16作为所述下咀嚼齿108。

优选地，本发明的全仿真模拟咀嚼机还设有集液组件21,、进液蠕动泵2,2、出液蠕动泵23，其中所述进液蠕动泵22的进液口连接至所述集液组件21，出液口连接至所述人工口腔的进液管15，其中所述人工口腔的出液管17连接至所述出液蠕动泵23。

其中所述集液组件21可以为任何容器。但优选地，其为一个N工位旋转盘，每个工位彼此平行且各自设有试剂瓶25。该N工位旋转盘可在旋转电机26和皮带轮9驱动下绕其轴旋转，以将各个工位的试剂瓶内的试剂逐一供应给进液蠕动泵。一种优选的N工位旋转盘是15工位旋转盘，如图8所示。

本发明的全仿真模拟咀嚼机及其各零部件的工作过程如下：

首先将所述模拟口腔放在所述左右开合旋转组件的上方，并使得第一永磁铁1与第二永磁铁183上下相对设置。然后将所述咀嚼机械齿的上咀嚼齿107对准所述模拟口腔的溶液皿16，即以所述溶液皿16作为所述下咀嚼齿108。

向所述模拟口腔中放入被咀嚼物，例如口香糖或口含烟，然后启动所述咀嚼机械齿，则依本发明第四方面所述对被咀嚼物进行上下咬合和左右磨错。

与此同时，启动所述左右开合旋转组件，所述双向丝杆3在开合步进电机2驱动下带动所述两个滑块8做开合运动，由此带动两块所述第一永磁铁1做开合运动，在磁力作用影响下，两块所述第二永磁铁183也做开合运动，进而带动所述夹板182做开合运动，对放在其间的被咀嚼物进行夹合，由此模拟对被咀嚼物的聚拢动作。

同时，所述旋转步进电机10也驱动所述旋转基座6在水平面内的旋转，所述旋转也带动第一永磁铁旋转，进而带动第二永磁铁旋转，并带动夹板组件旋转，进而带动被咀嚼物的旋转，由此模拟对被咀嚼物的翻滚动作。

如果希望，还可以启动所述进液蠕动泵21和出液蠕动泵23，以彼此独立的设定速率向所述模拟口腔中供应和排出人工唾液，以模拟唾液分泌和唾液吞咽动作，考察被咀嚼物在动态唾液量下的溶出过程。当然，本发明的全仿真模拟咀嚼机也完全可以在定量唾液静态浸泡下进行模拟咀嚼操作。

本发明的技术优点如下：

本发明的各个零部件的巧妙组合，可全面模拟人体口腔在咀嚼食物过程中对被咀嚼物的上下咬合、左右磨错、聚拢和翻滚动作，可以较为系统全面的模拟整个口腔、舌头、腮帮、牙齿的配合整套动作，完成模拟人体口腔不断嚼食、挤压、翻转食物的过程，使食物样品更充分的碎裂溶解，促使食物样品中的主要成分充分溶出释放。在优选实施方案中，还能模拟人体口腔分泌唾液和吞咽唾液的动作。本发明可以最大程度地再现人类咀嚼动作，是集机构学、运动学、动力学及机械电子学等多项技术于一体的工程科学。

附图说明

图1为左右开合旋转组件的结构示意图。

图2为模拟口腔的结构示意图。

图3为展示左右开合旋转组件和模拟口腔的安装关系的图。

图4为其中的夹合组件的结构示意图。

图5为展示模拟口腔的结构的爆炸图。

图6为咀嚼机械齿的结构示意图。

图7为本发明的全仿真模拟咀嚼机的全景图。

图8为N工位旋转盘示例图。

图中附图标记含义如下：

1、第一永磁铁；2、开合步进电机；3、双向丝杆；4、直线导轨；5、永磁铁夹紧块；6、旋转基座；7、轴；8、滑块；9、皮带轮；10、旋转步进电机；11、溶液皿底托；12、温度传感器；13、加热板；14、加热管；15、进液管；16、溶液皿；17、出液管；18、夹合组件；19、开合导向槽。21、集液组件；22、进液蠕动泵；23、出液蠕动泵；24、全仿真模拟咀嚼机主机；25、试剂瓶。101、上咀嚼升降电机；102、支架；103、上咀嚼升降模组；104、砝码组件；105、上咀嚼旋转直流减速电机；106、上咀嚼升降轴；107、上咀嚼齿；108、下咀嚼齿；181、牙板；182、夹板；183、第二永磁铁。

具体实施方式

下面通过具体实施例的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制。

实施例1

使用如附图6所示的咀嚼机械齿对胶基型嚼烟进行咀嚼。

将胶基型嚼烟一粒放入溶液皿，加入10mL人工唾液，设置咀嚼机械齿工作过程如下：选取5Kg砝码组件4安装在上咀嚼升降轴6上，设置以5秒一次的频率上下咬合20次，设置每次咀嚼动作在上咀嚼升降轴下降20mm时，旋转180°，实现左右磨错。如此上下咬合且左右磨错20次后，在另外的人工舌的配合下，胶基型嚼烟完全碎裂。将溶液皿中的溶液排出进行主要成分分析，并取出剩余的胶基型嚼烟样品做进一步分析检测。

实施例2

使用本发明的全仿真模拟咀嚼机来模拟胶基型嚼烟的咀嚼过程。

将一粒胶基型嚼烟放入溶液皿中，注入10ml人工唾液，设置咀嚼机械齿以5秒一次的频率共旋转上下咀嚼20次，每隔4次启动所述左右开合旋转组件，每旋转45°做一次咬合，咬合宽度15mm，共咬合5次。完成后萃取将溶液萃取至2号收集工位。第二次再注入10ml人工唾液，以10秒一次的频率共旋转咀嚼10次，每隔5次启动左右开合旋转组件，每旋转30°做一次咬合，咬合宽度10mm，共咬合6次。完成后将溶液萃取至3号收集工位。第三次再注入10ml人工唾液，以5秒一次的频率共上下咀嚼30次，每隔5次启动左右开合旋转组件，每旋转90°做一次咬合，咬合宽度8mm，共咬合4次。完成后将溶液萃取至4号工位。分别对2、3、4号工位中的人工唾液中的烟碱进行检测分析，绘制胶基型嚼烟的烟碱溶出曲线。

Claims (6)

1.一种咀嚼机械齿，其特征在于，包括支架(102)和置于支架(102)上的上咀嚼升降电机(101)和受其驱动的上咀嚼升降模组(103)，以及与上咀嚼升降模组(103)相连并随之升降的竖直取向的上咀嚼升降轴(106)，所述上咀嚼升降轴(106)的端部具有上咀嚼齿(107)，所述咀嚼机械齿还包括驱动所述上咀嚼升降轴(106)旋转的上咀嚼旋转直流减速电机(105)。

2.根据权利要求1所述的咀嚼机械齿，其特征在于，在所述上咀嚼升降轴(106)的顶部设置有砝码组件(104)。

3.根据权利要求1所述的咀嚼机械齿，其特征在于，所述上咀嚼齿(107)的端面为平面的或凹凸不平的。

4.一种模拟咀嚼的方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1所述的咀嚼机械齿，其中通过上咀嚼升降电机(101)驱动上咀嚼升降模组(103)升降进而带动上咀嚼升降轴(106)及其端部的上咀嚼齿(107)的升降，并另外的静态或动态的下咀嚼齿(108)配合，以模拟牙齿上下咬合动作；其中通过上咀嚼旋转直流减速电机(105)带动所述上咀嚼升降轴(106)及其端部的上咀嚼齿(107)的旋转，以模拟牙齿的左右磨错动作。

5.根据权利要求4所述的模拟咀嚼的方法，其特征在于，在所述上咀嚼升降轴(106)的顶部设置有砝码组件(104)，以模拟不同大小的牙齿咬合力度。

6.根据权利要求4所述的模拟咀嚼的方法，其特征在于，将所述上咀嚼齿(107)的端面为平面的或凹凸不平的，以模拟不同形状的牙齿的咬合动作。