一種模擬食物吞咽的機械裝置的制作方法

本發明涉及一種模擬食物吞咽的機械裝置，屬于仿生機械結構設計領域。

背景技術：

吞咽障礙是老年群體腦卒中后的常見并發癥，針對不同患者吞咽困難的嚴重程度，通過改善食品的材質特性，施以相對安全的食品，是一種治療吞咽困難的手段。然而，由于人體吞咽系統結構的復雜性，不易獲得吞咽時食物流動和吞咽系統的體內測量數據，因此提出一種模擬口腔食物吞咽的裝置，提供體外試驗環境，用于研究食物被吞咽后的流動特性，這對改善吞咽患者的生活質量推動對吞咽困難疾病的研究與治療具有重大意義。

當前的吞咽裝置模型帶有比較突出的醫學行業特點，多為靜態的結構模型，無法動態的演示吞咽過程，這就造成目前的裝置無法有效的獲得能夠對病癥治療和安全食品開發起重要作用的測量數據，不能有效推進食品的材質特性對吞咽過程影響的研究以及相關有效食品的開發。

技術實現要素：

本發明提供了一種模擬食物吞咽的機械裝置，包括仿生口腔、進料裝置、傳動裝置和驅動裝置；所述仿生口腔包括上頜基體和舌頭基體，上頜基體將舌頭基體覆蓋在內部，上頜基體內部設置內凹的曲面，舌頭基體上部設置外凸的曲面，分別模擬口腔上頜和舌頭表面所在的曲面；上頜基體和舌頭基體相對的曲面之間預留通道供食物通過；所述進料裝置的一端與仿生口腔的通道連通，另一端與傳動裝置連接；所述傳動裝置分別連接舌頭基體和進料裝置，并在驅動裝置的作用下帶動舌頭基體和進料裝置同步運動。

在本發明的一種實施方式中，所述進料裝置包括球頭推料桿、漏斗和料倉；所述料倉內部設置三通的通道，豎直設置的通道與漏斗連接，橫向設置的通道兩端分別作為與仿生口腔的連接口和球頭推料桿的入口，所述球頭推料桿與傳動裝置連接，在料倉內橫向設置的通道中做活塞運動。

在本發明的一種實施方式中，所述驅動裝置包括電動機，聯軸器，和轉軸；所述電動機通過聯軸器與轉軸連接；所述轉軸的兩端分別安裝曲柄和聯軸器。

在本發明的一種實施方式中，所述驅動裝置包括電動機，聯軸器，轉軸，帶座軸承和曲柄；所述轉軸固定在帶座軸承中，轉軸的兩端分別安裝曲柄和聯軸器；所述電動機通過聯軸器與轉軸連接。

在本發明的一種實施方式中，所述傳動裝置包括傳動連接塊、齒輪、齒條、曲柄和傳動桿；所述傳動連接塊與舌頭基體連接；傳動連接塊與齒輪同軸設置；所述齒條與齒輪齒合，齒條分別與傳動桿和曲柄的擺桿連接；傳動桿與球頭推料桿連接。

在本發明的一種實施方式中，齒條通過e形連接件與傳動桿和曲柄的擺桿連接；所述e形連接件固定在齒條的端部，e形連接件具有兩個凹槽，一個凹槽作為擺桿的支點，另一個凹槽用于固定傳動桿，使傳動桿與齒條連接為一體結構。

在本發明的一種實施方式中，所述傳動裝置包括第一帶座軸承，第二帶座軸承，第一轉軸，傳動連接塊，齒輪，第二轉軸，方形連桿，齒條，第一滑塊，直線導軌，第二滑塊，l形傳動桿，和曲柄；所述第一帶座軸承和第二帶座軸承同軸設置，第一轉軸貫穿插入第一帶座軸承和第二帶座軸承；齒輪和傳動連接塊同軸設置在第一轉軸上，傳動連接塊將舌頭基體與第一轉軸固定；齒輪下方設置可嚙合的齒條；齒條的下方平行設置直線導軌；所述直線導軌上設置滑動的第一滑塊和第二滑塊；第一滑塊支承齒條；第二滑塊支撐l形傳動桿。

在本發明的一種實施方式中，所述上頜基體的曲面覆蓋軟組織材料；所述軟組織材料包括但不限于橡膠、硅膠。

在本發明的一種實施方式中，所述直線導軌固定在底板上，并位于第一帶座軸承和第二帶座軸承之間。

在本發明的一種實施方式中，組成仿生口腔通道的兩個曲面上均設置微型感測片。

本發明的第二個目的是提供一種分析食品的方法，是應用所述模擬食物吞咽的機械裝置進行模擬吞咽，分析食品的材質、大小、硬度或黏度。

有益效果：(1)本發明實現了食物吞咽機制模擬從靜態到動態的跨越，彌補了市場空白，具有較高的創新性；(2)本發明的裝置將電機的旋轉運動轉化為齒條的往復直線移動，齒輪齒條副將齒條的往復直線移動轉化為舌頭基體的往復擺動，往復擺動的舌頭基體會將食物逐步的擠壓并最終完成吞咽過程；(3)本發明可實現食物的連續吞咽，自動進料裝置與舌頭的吞咽動作構成內聯系傳動，以實現舌頭每擺動到進料位置時自動進料一次，本裝置的自動進料裝置與齒條連接將齒條的往復移動傳遞到推料桿，保證舌頭每擺動一次就自動進料一次；(4)本發明結構簡單操作方便，便于在裝置仿生口腔中增設測量裝置，能對相關食品及醫療行業提供有效相關數據；(5)本發明零件結構工藝性較好加工制造的可行性較高。

附圖說明

圖1為本發明一種實施方式的結構示意圖；

圖2為本發明一種實施方式的傳動裝置結構示意圖；

圖3為本發明一種實施方式曲柄滑塊裝置結構示意圖；

圖4為本發明的機械裝置中e形連接件的局部放大圖；

圖5為食團在本發明的吞咽裝置中運動方式的示意圖；a，食團剛進入吞咽裝置；b，食團經吞咽裝置的作用運動至通道出口；

其中，1，上頜基體；2，第一帶座軸承；3，舌頭基體；4，第二帶座軸承；5，第一轉軸；6，傳動連接塊；7，齒輪；8，收集盒；9，底板；10，第二轉軸；11，方形連桿；12，球頭推料桿；13，料倉；14，漏斗；15，齒條；16，第一滑塊；17，直線導軌；18，第二滑塊；19，l形傳動桿；20，曲柄；21，第三帶座軸承；22，聯軸器；23，電動機；24，擺桿；25，e形連接件；26，微型感測片。

具體實施方式

如圖1～3所示，一種模擬食物吞咽的機械裝置，包括上頜基體1、舌頭基體3、進料裝置、傳動裝置和驅動裝置；所述上頜基體1將舌頭基體3覆蓋在內部，上頜基體1內部設置內凹的曲面，舌頭基體3上部設置外凸的曲面，分別模擬口腔上頜和舌頭表面所在的曲面；上頜基體1和舌頭基體3相對的曲面之間預留通道供食物通過，形成仿生口腔。

上頜基體1的內部曲面和舌頭基體3的曲面覆蓋有軟組織材料，所述軟組織材料包括但不限于橡膠、硅膠。組成仿生口腔通道的兩個曲面上，至少一個軟組織材料表面設置微型感測片26，用于測量吞咽過程中的壓力。上頜基體1通過角筋固定在第一帶座軸承2和第二帶座軸承4的上方，第一帶座軸承2和第二帶座軸承4的軸承座固定在底板9上。

第一帶座軸承2和第二帶座軸承4同軸設置，第一轉軸5貫穿插入第一帶座軸承2和第二帶座軸承4。齒輪7和傳動連接塊6同軸設置在第一轉軸5上，傳動連接塊6將舌頭基體3與第一轉軸5固定，使舌頭基體3繞第一轉軸5旋轉；齒輪7下方設置可齒合的齒條15。齒條15的下方平行設置直線導軌17，直線導軌17固定在底板9上，并位于第一帶座軸承2和第二帶座軸承4之間的區域。所述直線導軌17上設置可沿直線導軌17滑動的第一滑塊16和第二滑塊17；第一滑塊16支承齒條15；第二滑塊17支承l形傳動桿19。齒條7一端的端面設置溝槽，e形連接件25固定在齒條15端面的溝槽中。所述e形連接件25具有兩個凹槽，其中一個凹槽作為擺桿24的支點，與擺桿24鉚接連接；另一個凹槽用于固定l形傳動桿19，使l形傳動桿19與齒條15形成一體結構。

擺桿24的另一端與曲柄20的平面固定，所述固定是通過設置在曲柄20上的圓柱銷和擺桿24另一端上銷孔的間隙配合實現的，曲柄20設置在第二轉軸10的一端，第二轉軸10固定在第三帶座軸承21中并與聯軸器22連接；電動機23通過聯軸器22與第二轉軸10連接。電動機23帶動第二轉軸10轉動，曲柄20在第二轉軸10的驅動下轉動，并使擺桿24與e形連接件連接的另一端在曲柄的轉動下做直線往復運動。所述第三帶座軸承21通過軸承座固定在底板9上。

本發明還設置料倉13、漏斗14、球頭推桿器12和收集盒8。料倉13位于上頜基體1開有進料孔的一側，料倉13設置三通的通道；通道橫向設置的一端為進入孔道，與上頜基體1、舌頭基體3之間的通道連通，另一端插入球頭推料桿12，使球頭推料桿12的球頭朝向舌頭基體3所在區域，球頭推料桿12的另一端與方形連桿11的一端連接；方形連桿11的另一端與l形傳動桿19的端部連接，在l形傳動桿19的作用下做相同的橫向直線往復運動，推動球頭推料桿12在三通的橫向通道中做往復活塞運動，將自漏斗14進入的食團推入仿生口腔的通道中。通道的另一端為食團出口，出口處正下方設置收集盒8，用于收集食團。

如圖5所示，本發明的工作原理為：先將直徑不超過漏斗口徑的球狀食團放入漏斗14中，電動機23通電后曲柄20周轉，并帶動齒條15和推料桿12沿直線導軌17往復直線運動。當曲柄20帶動擺桿24驅動齒條15往復直線運動時，往復直線運動從齒條15經l形傳動桿19、方形連桿11傳遞到球頭推料桿。由于舌頭基體3通過傳動連接塊6與齒輪7一起固定在第一轉軸5上，當齒輪7與齒條15嚙合，齒條15做往復直線運動時舌頭基體3往復擺動，受擺桿24在曲柄20上的最大徑向運動位移限制，舌頭基體3的擺動角度約為90°。在齒條15的帶動下，球頭推料桿12經l形傳動桿19和方形連桿11的運動傳遞，在三通的橫向通道中做往復直線運動，使吞咽動作與推料動作構成內聯系傳動，舌頭基體3每擺動到進料位置時推料桿12就會自動將食團推入仿生口腔一次，使食團在仿生口腔中逐步被擠壓最終滑落到收集盒8中，完成整個食物在口腔的吞咽過程。上頜基體1和舌頭基體3相對的曲面上設置微型感測片26，能夠測量出吞咽過程中的壓力，以評價不同材質、大小、硬度、黏度的食團在吞咽過程中的難易程度，進而對安全食品的的開發提供研究方法。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和范圍內，都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。