CN107154208B - 一种模拟食物吞咽的机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟食物吞咽的机械装置，属于仿生机械结构设计领域。本发明的装置包括上颌基体、舌头基体、传动装置和驱动装置；所述上颌基体和舌头基体相对设置，相对的面均为曲面；曲面之间预留通道，形成仿生口腔；传动装置将舌头基体与驱动装置连接，使驱动装置控制舌头基体运动。本发明实现了食物吞咽机制模拟从静态到动态的跨越，弥补了市场空白。

Description

一种模拟食物吞咽的机械装置
技术领域
本发明涉及一种模拟食物吞咽的机械装置，属于仿生机械结构设计领域。
背景技术
吞咽障碍是老年群体脑卒中后的常见并发症，针对不同患者吞咽困难的严重程度，通过改善食品的材质特性，施以相对安全的食品，是一种治疗吞咽困难的手段。然而，由于人体吞咽系统结构的复杂性，不易获得吞咽时食物流动和吞咽系统的体内测量数据，因此提出一种模拟口腔食物吞咽的装置，提供体外试验环境，用于研究食物被吞咽后的流动特性，这对改善吞咽患者的生活质量推动对吞咽困难疾病的研究与治疗具有重大意义。
当前的吞咽装置模型带有比较突出的医学行业特点，多为静态的结构模型，无法动态的演示吞咽过程，这就造成目前的装置无法有效的获得能够对病症治疗和安全食品开发起重要作用的测量数据，不能有效推进食品的材质特性对吞咽过程影响的研究以及相关有效食品的开发。
发明内容
本发明提供了一种模拟食物吞咽的机械装置，包括仿生口腔、进料装置、传动装置和驱动装置；所述仿生口腔包括上颌基体和舌头基体，上颌基体将舌头基体覆盖在内部，上颌基体内部设置内凹的曲面，舌头基体上部设置外凸的曲面，分别模拟口腔上颌和舌头表面所在的曲面；上颌基体和舌头基体相对的曲面之间预留通道供食物通过；所述进料装置的一端与仿生口腔的通道连通，另一端与传动装置连接；所述传动装置分别连接舌头基体和进料装置，并在驱动装置的作用下带动舌头基体和进料装置同步运动。
在本发明的一种实施方式中，所述进料装置包括球头推料杆、漏斗和料仓；所述料仓内部设置三通的通道，竖直设置的通道与漏斗连接，横向设置的通道两端分别作为与仿生口腔的连接口和球头推料杆的入口，所述球头推料杆与传动装置连接，在料仓内横向设置的通道中做活塞运动。
在本发明的一种实施方式中，所述驱动装置包括电动机，联轴器，和转轴；所述电动机通过联轴器与转轴连接；所述转轴的两端分别安装曲柄和联轴器。
在本发明的一种实施方式中，所述驱动装置包括电动机，联轴器，转轴，带座轴承和曲柄；所述转轴固定在带座轴承中，转轴的两端分别安装曲柄和联轴器；所述电动机通过联轴器与转轴连接。
在本发明的一种实施方式中，所述传动装置包括传动连接块、齿轮、齿条、曲柄和传动杆；所述传动连接块与舌头基体连接；传动连接块与齿轮同轴设置；所述齿条与齿轮齿合，齿条分别与传动杆和曲柄的摆杆连接；传动杆与球头推料杆连接。
在本发明的一种实施方式中，齿条通过E形连接件与传动杆和曲柄的摆杆连接；所述E形连接件固定在齿条的端部，E形连接件具有两个凹槽，一个凹槽作为摆杆的支点，另一个凹槽用于固定传动杆，使传动杆与齿条连接为一体结构。
在本发明的一种实施方式中，所述传动装置包括第一带座轴承，第二带座轴承，第一转轴，传动连接块，齿轮，第二转轴，方形连杆，齿条，第一滑块，直线导轨，第二滑块，L形传动杆，和曲柄；所述第一带座轴承和第二带座轴承同轴设置，第一转轴贯穿插入第一带座轴承和第二带座轴承；齿轮和传动连接块同轴设置在第一转轴上，传动连接块将舌头基体与第一转轴固定；齿轮下方设置可啮合的齿条；齿条的下方平行设置直线导轨；所述直线导轨上设置滑动的第一滑块和第二滑块；第一滑块支承齿条；第二滑块支撑L形传动杆。
在本发明的一种实施方式中，所述上颌基体的曲面覆盖软组织材料；所述软组织材料包括但不限于橡胶、硅胶。
在本发明的一种实施方式中，所述直线导轨固定在底板上，并位于第一带座轴承和第二带座轴承之间。
在本发明的一种实施方式中，组成仿生口腔通道的两个曲面上均设置微型感测片。
本发明的第二个目的是提供一种分析食品的方法，是应用所述模拟食物吞咽的机械装置进行模拟吞咽，分析食品的材质、大小、硬度或黏度。
有益效果：(1)本发明实现了食物吞咽机制模拟从静态到动态的跨越，弥补了市场空白，具有较高的创新性；(2)本发明的装置将电机的旋转运动转化为齿条的往复直线移动，齿轮齿条副将齿条的往复直线移动转化为舌头基体的往复摆动，往复摆动的舌头基体会将食物逐步的挤压并最终完成吞咽过程；(3)本发明可实现食物的连续吞咽，自动进料装置与舌头的吞咽动作构成内联系传动，以实现舌头每摆动到进料位置时自动进料一次，本装置的自动进料装置与齿条连接将齿条的往复移动传递到推料杆，保证舌头每摆动一次就自动进料一次；(4)本发明结构简单操作方便，便于在装置仿生口腔中增设测量装置，能对相关食品及医疗行业提供有效相关数据；(5)本发明零件结构工艺性较好加工制造的可行性较高。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明一种实施方式的传动装置结构示意图；
图3为本发明一种实施方式曲柄滑块装置结构示意图；
图4为本发明的机械装置中E形连接件的局部放大图；
图5为食团在本发明的吞咽装置中运动方式的示意图；A，食团刚进入吞咽装置；B，食团经吞咽装置的作用运动至通道出口；
其中，1，上颌基体；2，第一带座轴承；3，舌头基体；4，第二带座轴承；5，第一转轴；6，传动连接块；7，齿轮；8，收集盒；9，底板；10，第二转轴；11，方形连杆；12，球头推料杆；13，料仓；14，漏斗；15，齿条；16，第一滑块；17，直线导轨；18，第二滑块；19，L形传动杆；20，曲柄；21，第三带座轴承；22，联轴器；23，电动机；24，摆杆；25，E形连接件；26，微型感测片。
具体实施方式
如图1～3所示，一种模拟食物吞咽的机械装置，包括上颌基体1、舌头基体3、进料装置、传动装置和驱动装置；所述上颌基体1将舌头基体3覆盖在内部，上颌基体1内部设置内凹的曲面，舌头基体3上部设置外凸的曲面，分别模拟口腔上颌和舌头表面所在的曲面；上颌基体1和舌头基体3相对的曲面之间预留通道供食物通过，形成仿生口腔。
上颌基体1的内部曲面和舌头基体3的曲面覆盖有软组织材料，所述软组织材料包括但不限于橡胶、硅胶。组成仿生口腔通道的两个曲面上，至少一个软组织材料表面设置微型感测片26，用于测量吞咽过程中的压力。上颌基体1通过角筋固定在第一带座轴承2和第二带座轴承4的上方，第一带座轴承2和第二带座轴承4的轴承座固定在底板9上。
第一带座轴承2和第二带座轴承4同轴设置，第一转轴5贯穿插入第一带座轴承2和第二带座轴承4。齿轮7和传动连接块6同轴设置在第一转轴5上，传动连接块6将舌头基体3与第一转轴5固定，使舌头基体3绕第一转轴5旋转；齿轮7下方设置可齿合的齿条15。齿条15的下方平行设置直线导轨17，直线导轨17固定在底板9上，并位于第一带座轴承2和第二带座轴承4之间的区域。所述直线导轨17上设置可沿直线导轨17滑动的第一滑块16和第二滑块17；第一滑块16支承齿条15；第二滑块17支承L形传动杆19。齿条7一端的端面设置沟槽，E形连接件25固定在齿条15端面的沟槽中。所述E形连接件25具有两个凹槽，其中一个凹槽作为摆杆24的支点，与摆杆24铆接连接；另一个凹槽用于固定L形传动杆19，使L形传动杆19与齿条15形成一体结构。
摆杆24的另一端与曲柄20的平面固定，所述固定是通过设置在曲柄20上的圆柱销和摆杆24另一端上销孔的间隙配合实现的，曲柄20设置在第二转轴10的一端，第二转轴10固定在第三带座轴承21中并与联轴器22连接；电动机23通过联轴器22与第二转轴10连接。电动机23带动第二转轴10转动，曲柄20在第二转轴10的驱动下转动，并使摆杆24与E形连接件连接的另一端在曲柄的转动下做直线往复运动。所述第三带座轴承21通过轴承座固定在底板9上。
本发明还设置料仓13、漏斗14、球头推杆器12和收集盒8。料仓13位于上颌基体1开有进料孔的一侧，料仓13设置三通的通道；通道横向设置的一端为进入孔道，与上颌基体1、舌头基体3之间的通道连通，另一端插入球头推料杆12，使球头推料杆12的球头朝向舌头基体3所在区域，球头推料杆12的另一端与方形连杆11的一端连接；方形连杆11的另一端与L形传动杆19的端部连接，在L形传动杆19的作用下做相同的横向直线往复运动，推动球头推料杆12在三通的横向通道中做往复活塞运动，将自漏斗14进入的食团推入仿生口腔的通道中。通道的另一端为食团出口，出口处正下方设置收集盒8，用于收集食团。
如图5所示，本发明的工作原理为：先将直径不超过漏斗口径的球状食团放入漏斗14中，电动机23通电后曲柄20周转，并带动齿条15和推料杆12沿直线导轨17往复直线运动。当曲柄20带动摆杆24驱动齿条15往复直线运动时，往复直线运动从齿条15经L形传动杆19、方形连杆11传递到球头推料杆。由于舌头基体3通过传动连接块6与齿轮7一起固定在第一转轴5上，当齿轮7与齿条15啮合，齿条15做往复直线运动时舌头基体3往复摆动，受摆杆24在曲柄20上的最大径向运动位移限制，舌头基体3的摆动角度约为90°。在齿条15的带动下，球头推料杆12经L形传动杆19和方形连杆11的运动传递，在三通的横向通道中做往复直线运动，使吞咽动作与推料动作构成内联系传动，舌头基体3每摆动到进料位置时推料杆12就会自动将食团推入仿生口腔一次，使食团在仿生口腔中逐步被挤压最终滑落到收集盒8中，完成整个食物在口腔的吞咽过程。上颌基体1和舌头基体3相对的曲面上设置微型感测片26，能够测量出吞咽过程中的压力，以评价不同材质、大小、硬度、黏度的食团在吞咽过程中的难易程度，进而对安全食品的的开发提供研究方法。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1.一种食物吞咽的模拟装置，其特征在于，包括仿生口腔、进料装置、传动装置和驱动装置；所述仿生口腔包括上颌基体和舌头基体，上颌基体将舌头基体覆盖在内部，上颌基体内部设置内凹的曲面，舌头基体上部设置外凸的曲面，分别模拟口腔上颌和舌头表面所在的曲面；上颌基体和舌头基体相对的曲面之间预留通道供食物通过；所述进料装置的一端与仿生口腔的通道连通，另一端与传动装置连接；所述传动装置分别连接舌头基体和进料装置，并在驱动装置的驱动下带动舌头基体和进料装置同步运动；所述传动装置包括传动连接块、齿轮、齿条、曲柄和传动杆；所述传动连接块与舌头基体连接；传动连接块与齿轮同轴设置；所述齿条与齿轮齿合，齿条分别与传动杆和曲柄的摆杆连接；传动杆与球头推料杆连接；所述驱动装置包括电动机、联轴器、转轴、带座轴承和曲柄，所述转轴固定在带座轴承中，转轴的两端分别安装曲柄和联轴器；所述电动机通过联轴器与转轴连接。
2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述进料装置包括球头推料杆、漏斗和料仓；所述料仓内部设置三通的通道，竖直设置的通道与漏斗连接，横向设置的通道两端分别作为与仿生口腔的连接口和球头推料杆的入口，所述球头推料杆位于横向设置的通道中并与传动装置连接。
3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，齿条通过E形连接件与传动杆和曲柄的摆杆连接；所述E形连接件固定在齿条的端部，E形连接件具有两个凹槽，一个凹槽作为摆杆的支点，另一个凹槽用于固定传动杆，使传动杆与齿条连接为一体结构。
4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述传动装置包括第一带座轴承、第二带座轴承、第一转轴、传动连接块、齿轮、方形连杆、齿条、第一滑块、直线导轨、第二滑块、L形传动杆、和曲柄；所述第一带座轴承和第二带座轴承同轴设置，第一转轴贯穿插入第一带座轴承和第二带座轴承；齿轮和传动连接块同轴设置在第一转轴上，传动连接块将舌头基体与第一转轴固定；齿轮下方设置可啮合的齿条；齿条的下方平行设置直线导轨；所述直线导轨上设置滑动的第一滑块和第二滑块；第一滑块支承齿条；第二滑块支撑L形传动杆。
5.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，上颌基体的曲面覆盖软组织材料；所述软组织材料包括橡胶或硅胶。
6.根据权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，上颌基体的曲面覆盖软组织材料；所述软组织材料包括橡胶或硅胶。
7.根据权利要求3所述的模拟装置，其特征在于，上颌基体的曲面覆盖软组织材料；所述软组织材料包括橡胶或硅胶。
8.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于，上颌基体的曲面覆盖软组织材料；所述软组织材料包括橡胶或硅胶。
9.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于，所述直线导轨固定在底板上，并位于第一带座轴承和第二带座轴承之间。
10.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，组成仿生口腔通道的两个曲面上均设置微型感测片。
11.一种分析食品的方法，其特征在于，应用权利要求1-10任一所述的食物吞咽的模拟装置进行模拟吞咽，分析食品的材质、大小、硬度或黏度。
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