本實用新型屬仿生機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種全仿真模擬咀嚼機(jī)。

背景技術(shù)：

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。

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，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)?；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(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(jìn)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。

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(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(jìn)被咀嚼物的聚攏和翻滾以便進(jìn)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(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作，不能模擬牙齒的左右磨錯動作，也不能模擬機(jī)械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。

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(jī)也不能模仿這種動態(tài)更新過程。

本實用新型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)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本實用新型的第一方面涉及一種模擬機(jī)械舌，其包括左右開合旋轉(zhuǎn)組件和一對夾合組件18；

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1；所述雙向絲桿3在開合步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動下帶動所述兩個滑塊8做開合運(yùn)動；

其中所述一對夾合組件18中包括一對牙板181、固定在每一牙板181上的夾板182和置于夾板182底部的第二永磁鐵183；

其中所述左右開合旋轉(zhuǎn)組件置于所述一對夾合組件18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。

優(yōu)選地，所述開合步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為所述雙向絲桿3的開合運(yùn)動。

優(yōu)選地，所述模擬機(jī)械舌還包括旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)10，用于驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)基座6在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述模擬機(jī)械舌還包括開合導(dǎo)向槽19，其中將所述一對夾合組件18可滑動式裝配到開合導(dǎo)向槽19上。

本實用新型的第二方面涉及一種模擬口腔，其包括以下組件：

溶液皿16，其具有進(jìn)液管15和出液管17；

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。

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14。

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。

本實用新型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。

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、1Kg、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。

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。

本實用新型的第四方面提供一種模擬咀嚼的方法，該方法使用如本實用新型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)動上咀嚼升降模組103升降進(jìn)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(jī)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。

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。

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。

其中所述下咀嚼齒108可以是與本實用新型的咀嚼機(jī)械齒分開獨(dú)立設(shè)置的，其類似于砧板，其或為靜止的，或為運(yùn)動的，其中所述運(yùn)動包括上下運(yùn)動和水平旋轉(zhuǎn)。

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。

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。

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。

本實用新型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。

優(yōu)選地，本實用新型的全仿真模擬咀嚼機(jī)還設(shè)有集液組件21,、進(jìn)液蠕動泵2,2、出液蠕動泵23，其中所述進(jìn)液蠕動泵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泵23。

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(jī)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(jìn)液蠕動泵。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。

本實用新型的全仿真模擬咀嚼機(jī)及其各零部件(模擬機(jī)械舌、模擬咀嚼齒、模擬口腔)的工作過程如下：

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1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。

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(jī)械齒，則依本實用新型第四方面所述對被咀嚼物進(jìn)行上下咬合和左右磨錯。

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(jìn)電機(jī)2驅(qū)動下帶動所述兩個滑塊8做開合運(yùn)動，由此帶動兩塊所述第一永磁鐵1做開合運(yùn)動，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，進(jìn)而帶動所述夾板182做開合運(yùn)動，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作。

同時，所述旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)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(jìn)而帶動第二永磁鐵旋轉(zhuǎn)，并帶動夾板組件旋轉(zhuǎn)，進(jìn)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。

因該左右開合旋轉(zhuǎn)組件和所述夾合組件的組合恰好實現(xiàn)了舌頭對被咀嚼物的聚攏和翻滾作用，故將該組合稱之為模擬機(jī)械舌。

如果希望，還可以啟動所述進(jìn)液蠕動泵21和出液蠕動泵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作，考察被咀嚼物在動態(tài)唾液量下的溶出過程。當(dāng)然，本實用新型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。

本實用新型的技術(shù)優(yōu)點如下：

本實用新型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。本實用新型可以最大程度地再現(xiàn)人類咀嚼動作，是集機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及機(jī)械電子學(xué)等多項技術(shù)于一體的工程科學(xué)。

附圖說明

圖1為本實用新型的模擬機(jī)械舌中的左右開合旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為模擬口腔的結(jié)構(gòu)示意圖。

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。

圖4為本實用新型的模擬機(jī)械舌中的夾合組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為展示模擬口腔的結(jié)構(gòu)的爆炸圖。

圖6為咀嚼機(jī)械齒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本實用新型的全仿真模擬咀嚼機(jī)的全景圖。

圖8為N工位旋轉(zhuǎn)盤示例圖。

圖中附圖標(biāo)記含義如下：

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；10、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)液蠕動泵；23、出液蠕動泵；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。

具體實施方式

下面通過具體實施例的詳細(xì)描述來進(jìn)一步闡明本實用新型，但并不是對本實用新型的限制。

實施例1

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。

將膠基型嚼煙一粒放入溶液皿，加入10mL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(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。

實施例2

使用本實用新型的全仿真模擬咀嚼機(jī)來模擬膠基型嚼煙的咀嚼過程。

將一粒膠基型嚼煙放入溶液皿中，注入10ml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10ml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10ml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(jìn)行檢測分析，繪制膠基型嚼煙的煙堿溶出曲線。