食品咀嚼模拟机系统的开发与研究

【摘要】咀嚼模拟机是依据仿生机械的原理模拟人类咀嚼活动的机器装置，它能够再现人类的咀嚼运动和咀嚼效果，安装特定的传感器以后，可以用其进行不宜或无法在人类生理口腔中进行的科学实验，因而咀嚼模拟机的研究在机器人设计及口腔医学研究领域得到广泛的关注。在食品科学领域，咀嚼模拟机同样具有重要的价值，由于咀嚼模拟机能够达到与人类相似的咀嚼效果，可以使用食品咀嚼模拟机开发针对老人、婴幼儿等咀嚼能力较弱人群的专用食品，也可以通过咀嚼模拟机测量食品在咀嚼过程中的应力变化规律，为食品的质构评价提供一种更加客观的方法。然而，目前国内关于食品咀嚼模拟机的研究却鲜有报道，由鉴于此，本文依据人类口腔系统的生理特征和生物力学规律，研制了一种能够模拟人类咀嚼运动和口腔环境的食品咀嚼模拟机，并利用现代传感技术，为该模拟机设计了力学和声学测量系统。（1）利用逆向工程手段获取了包括牙齿、下颌骨、上颌骨、颞下颌关节等在内的人类口腔系统结构模型，在对口颔生物力学分析的基础之上研制了仿真义齿、仿生上颌、仿生下颌、颞下颌关节、牙床等仿生部件；以现代口腔医学研究成果为基础，从机械仿生角度出发，建立了咀嚼运动的机械简化模型，针对下颌运动的特点将下颌运动分为切咬、杵压、研磨三种模式，设计了下颌运动模拟机构，使用simulink仿真分析了仿生下颌在杵压和右侧咀嚼时的动力学状况；将舌头运动简化为相对于下颌的升降运动，设计了升降杆机构模型，并对舌头运动进行仿真分析；设计了铰链连杆传动机构及步进电机动力系统，为下颌及舌头运动提供动力；在catiaV5R19中建立了咀嚼模拟机的电子样机模型，进行装配和干涉检验，研制了一台可以进行自动化调节和人机交互控制的食品咀嚼模拟机。（2）以食品咀嚼模拟机为基础平台，依据人类唾液的化学构成，配制了人造唾液，依据腺体分泌唾液的生理规律，利用蠕动泵模拟了唾液的分泌、开发了蠕动泵的控制程序，实现对人工唾液分泌的精确控制，建立了人工唾液模拟系统；根据口腔的温度环境状况，使用加热器、温度传感器、电风扇、温度控制器等设计了温湿度监控系统，进行口腔环境的温湿模拟，建立了一个较为完整的半封闭式人工口腔系统。（3）设计了对食品咀嚼模拟机工作过程中力学和声学信息进行测量的数据采集系统。使用压电力传感器、压电加速度传感器、静态电荷放大器、高速数据采集卡建立了能够进行下颌振动和咀嚼力测量的压电测量系统；采用传声器，声音采集卡设计了能够进行咀嚼过程中声波振动采集的声音测量系统。（4）在windowsXP系统上，使用VC++开发了食品咀嚼模拟机控制测量软件。该软件包括咀嚼运动控制、唾液流量控制、口腔温湿度监控、力学信息采集、声音信息采集五个模块，能够实现对咀嚼模拟、口腔环境和数据采集的人机交互控制。
【作者】谢高鹏；
【导师】孙永海；
【作者基本信息】吉林大学，食品科学与工程，2014，硕士
【关键词】逆向工程；食品咀嚼；咀嚼模拟机；测量系统；

【参考文献】
[1]赵荣.温肺化痰活血法治疗小儿咳嗽变异性哮喘寒饮伏肺证的临床研究[D].北京中医药大学,中医儿科学,2013,硕士.
[2]张小松,窦炳琳.Web挖掘研究[J].唐山学院学报,2003,04:80-82+85.
[3]张艺.基于生活圈结构的小城镇公共服务设施层级配置优化策略研究[D].华中科技大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[4]张栋.基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究[D].吉林大学,2005.
[5]严博.西方旅游景区官网中意义构建的多模态话语分析[D].河南科技大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[6]李晓庆.混合学习在非学历教育培训中应用的要素和效果研究[D].辽宁师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[7]颜君彪,荣秋生.基于CMAR分类算法的实现[J].湖南文理学院学报(自然科学版),2005,03:60-62+82.
[8]索米娅.现代远程教育学习支助服务管理问题与对策研究[D].内蒙古师范大学,教育经济与管理,2012,硕士.
[9]刘薇.宽输入电压范围正激变换器研究[D].南京航空航天大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[10]朱凤民.槐糖脂在饱和CO_2油田采出水中对X65钢的缓蚀行为研究[D].中国海洋大学,分析化学,2014,硕士.
[11]张群林.房屋登记地方立法文本研究[D].湖南大学,民商法,2012,硕士.
[12]叶荣荣.河北省南皮县农村初中语文教师专业发展的调查报告[D].东北师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[13]李志洪.中学数学教学中实施创新教育的实践与研究[D].福建师范大学,2003.
[14]李计广.欧盟贸易政策体系及其决策机制研究[D].对外经济贸易大学,国际贸易学,2004,硕士.
[15]赵银春,付关友,朱征宇.基于Web浏览内容和行为相结合的用户兴趣挖掘[J].计算机工程,2005,12:93-94+198.
[16]张德朝.基于DSP的光纤陶瓷套管分类控制系统研究与设计[D].浙江理工大学,机械电子工程,2014,硕士.
[17]刘飞艳.我国清真食品管理法制问题探析[D].中南民族大学,宪法学与行政法学,2013,硕士.
[18]李伟,门佳,鲁华栋.基于无线射频识别技术的住宅区智能车位锁设计[J].温州职业技术学院学报.
[19]张延爱.今世缘公司白酒营销策略研究[D].南京理工大学,2004.
[20]刘任.应用激发极化法寻找油气藏[J].石油地球物理勘探,1980,04:50-54+89.
[21]刘一声.薄膜厚度监控器的发展概况[J].电子元件与材料.1986(01)
[22]胡敬男.同节段出口根减压对严重腰椎间盘脱出症治疗的影响[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[23]刘辉.雷达信号处理机显控及通信技术研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[24]史文生.晋察冀抗日根据地兵源问题浅探[D].山西大学,中国近现代史,2004,硕士.
[25]张亮.我国小学语文识字教学的反思[D].苏州大学,课程与教学论,2003,硕士.
[26]贾洪雷,陈忠亮,刘昭辰,孙裕晶,王长生.耕整联合作业工艺及配套机具的研究[J].农业机械学报.2001(05)
[27]顾媛媛.LSGM基混合电势型NOx传感器的研究[D].宁波大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[28]孙晓静.邓小平务实思想的哲学解析[D].鲁东大学,马克思主义发展史,2014,硕士.
[29]马赞.我国外汇储备资产的汇率风险管理研究[D].云南师范大学,金融学,2013,硕士.
[30]彭聚珍,张明玉,邬文兵,武文.中国航空运输企业跨文化战略研究[J].探索,2015,01:145-149.
[31]王国胜.神经干细胞移植治疗大鼠脊髓损伤的作用研究[D].郑州大学,康复医学与理疗学,2013,硕士.
[32]刘玲娜.当代中国社会矛盾成因及其调解研究[D].南昌航空大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[33]唐永和.吡唑啉修饰1,8-萘酰亚胺衍生物的合成、表征及体外细胞毒性研究[D].河北大学,有机化学,2014,硕士.
[34]姜鹏飞.企业所得税制度与会计制度的比较研究——兼论企业所得税制度的完善[D].东北财经大学,财政学,2003,硕士.
[35]白锦士,张有仁.基于网站结构的网络使用挖掘树化模型[J].华东理工大学学报(自然科学版),2005,02:193-197.
[36]李雪峰,刘鲁,张曌.一种分类方法的研究[J].计算机工程与应用,2004,13:9-10+86.
[37]林干富,徐瀛,潘晓燕.高校学生公寓管理与思政教育有效衔接探索[J].高校后勤研究,2014,03:68-71.
[38]韦昌旭.调流措施对华南受损河流的生态修复作用研究[D].东北师范大学,生态学,2012,硕士.
[39]左晓光.网络暴力的法理学分析[D].河北经贸大学,法学理论,2014,硕士.
[40]张丹.草麻黄表观型化学组成特征研究柳叶白前化学成分的研究[D].北京协和医学院,药物化学,2014,博士.
[41]贺颖.音乐作品与音乐作品概念的历史及其感性—审美经验问题研究[D].上海音乐学院,艺术哲学与批评,2014,博士.
[42]胡艳军,肖春龙,王久兵,郑小艳.污水污泥水蒸气气化产物特性研究[J].浙江工业大学学报,2015,01:47-51+93.
[43]赵娟.用于动物实验的电刺激与电信号采集器的设计与实现[D].燕山大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[44]谭军.定颤汤治疗特发性震颤的临床研究[D].湖南中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[45]倪波涛.福州市中心城区大型零售商业布局优化研究[D].厦门大学,城市规划与设计,2014,硕士.
[46]那靖,任雪梅,黄鸿.基于神经网络补偿的非线性时滞系统时滞正反馈控制(英文)[J].自动化学报,2008,09:1196-1202.
[47]张瑞瑞.Strategies on the E-c Translation of English Drug Package Inserts from the Perspective of Skopostheorie[D].西安外国语大学,MTI翻译,2014,硕士.
[48]张潇俪.《好奇猴乔治的探险新旅程》翻译实践报告[D].宁夏大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[49]张海红.旋风分离器流场与分离性能的数值模拟研究[D].郑州大学,2004.
[50]林珊羽.论伊什梅尔·里德《路易斯安那雷德最后的日子》中的多元文化意识[D].福建师范大学,英语语言文学,2012,硕士.