一种模拟人体卷烟抽吸过程和抽吸环境的机械手臂及其模拟方法与流程

本发明涉及卷烟抽吸检测领域，尤其是涉及一种模拟人体卷烟抽吸过程和抽吸环境的机械手臂及其模拟方法。

背景技术：

卷烟在燃烧过程中会形成灰柱，由于卷烟叶组配方，材料配方，物理指标等方面的差异性，卷烟灰柱相比未燃烧前烟支会有不同程度的收缩，同时也会产生裂灰和劈灰情况(劈灰指卷烟燃烧灰柱灰片剥离灰柱主体而向外劈开)，而卷烟包灰是卷烟产品在燃烧过程中消费者直观感受到的重要外观形态，包灰效果优劣直接影响着消费者对卷烟产品质量的判断。同时，卷烟在抽吸过程中，烟支的频繁落灰、飞灰，严重时发生燃烧锥脱落的现象，不仅污染环境，也是引起消费者及被迫吸烟者对所处环境不适、反感的重要影响因素之一，还会影响消费者对于卷烟品牌的忠诚度，甚至带来一定安全隐患。

目前，针对卷烟燃烧包灰样品的检测设备和技术主要包括：静燃图像分析法，抽吸模式图像分析法，ct扫描法等，所采用的技术手段均是在卷烟样品置于固定位置进行检测，检测数据不能精准反应出消费者在实际消费过程中卷烟燃烧包灰性能状态，具体原因在于两个方面，首先静止的烟支燃烧测试不能反映人体典型抽吸动作，即不能模拟人体在抽吸过程中是以抽吸点为起点，烟灰缸为终点的挥臂运动路径。当烟支在燃烧过程中发生运动时，空气气流将对烟支灰柱性能产生较大影响。另一方面，典型的消费者抽吸过程中，完成一口抽吸后，消费者手持烟支到达烟灰缸后会进行弹灰动作，该动作对卷烟包灰性能的测试尤为关键，因此，静止测量不能准确反映测试样品应用于生产和生活时的优劣性。另外，真正人体卷烟抽吸往往是在户外环境中，风速对于灰柱有很大的影响，然而静止燃烧测试往往是在环境相对稳定的室内，所以想要更加真实的模拟实际人体卷烟抽吸，那抽吸环境的模拟也尤为重要。

为了解决以上问题，提出本发明。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有静置燃烧检测方法的不足，提供一种模拟人体卷烟抽吸过程和抽吸环境的机械手臂，其包括依次连接的底座1、第一机械臂3、第二机械臂4、机械手5、烟支夹持器6；所述烟支夹持器6包括烟支插入口61和烟支抽吸管62，所述烟支抽吸管62与吸烟模拟机连接；所述机械手臂还包括至少一个抽气口8，所述抽气口8位于所述烟支夹持器6周围，所述抽气口8通过抽气管道与抽气机连通。

优选地，所述底座1和旋转台2之间连接部位为第一连接处11，所述旋转台2与第一机械臂3之间连接部位为第二连接处22，所述第一机械臂3与所述第二机械臂4之间连接部位为第三连接处33，所述第一机械臂4和所述机械手5之间连接部位为第四连接处44；

所述第二连接处22、第三连接处33、第五连接处55为转动式连接，所述第一连接处11、第四连接处44为旋转式连接。

所述旋转台2沿第一连接处11所在平面相对于所述底座1旋转；所述机械手5沿第四连接处44所在平面相对于所述第一机械臂4旋转；以此模拟真实抽吸过程中吸烟者肩膀转动、肘部转动以及翻转手腕的动作。典型的消费者抽吸过程包括，完成一口抽吸后，消费者手持烟支，以肘为轴心，嘴为起点，烟灰缸为终点的挥臂摆动动作，以及到达烟灰缸后，以腕关节为轴心的翻手腕动作或者在挥臂摆动过程中，同时完成翻手腕动作，最后完成弹烟灰动作。

优选地，所述抽气口8上具有过滤网9，可以在抽去烟气的同时过滤烟灰。

优选地，所述机械手臂还包括弹灰机构7，所述弹灰机构7包括支撑件71和弹片72，所述弹灰机构7固定于所述烟支夹持器6上或者单独置于工作台上。

本发明第二方面提供一种基于所述的机械手臂模拟人体卷烟抽吸过程和抽吸环境的方法，其具体包括以下步骤：

(1)点燃烟支，设置吸烟模拟机抽吸模式，并启动抽吸；同时或然后，

(2)启动机械手臂并设置控制参数，使所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂；

(3)到达弹灰位置后，所述弹片72点弹烟支，进行弹灰，弹灰结束后，所述烟支夹持器6携带烟支从弹灰位置到抽吸位置摆臂，完成一次抽吸动作；

(4)重复步骤(2)-(3)完成多次抽吸动作。

优选地，步骤(2)中所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂过程在中经过伏案位置，并停留一定时间，以模拟人体抽吸之后，不进行弹灰动作时的烟支停留状态。

所述抽吸位置到所述底座1底部的高度为第一高度，所述伏案位置到所述底座1底部的高度为第二高度，所述弹灰位置到所述底座1底部的高度为第三高度，所述第一高度大于所述第二高度，所述第二高度大于所述第三高度。

优选地，步骤(1)中抽气机的抽气速率小于10m/s，且不包括0m/s。

优选地，步骤(1)中吸烟模拟机抽吸模式为iso，ftc，massachusetts抽吸模式。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明机械手臂，包括弹灰机构7，所述弹灰机构7包括支撑件71和弹片72，所述弹灰机构7固定于所述烟支夹持器6上或者单独放置。当所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置后，所述弹片72点弹烟支，进行弹灰，更加真实的模拟人体卷烟抽吸过程。

2、本发明机械手臂控制所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂。而典型的消费者抽吸过程包括，完成一口抽吸后，消费者手持烟支，以肘为轴心，嘴为起点，烟灰缸为终点的挥臂摆动动作，以及到达烟灰缸后，以腕关节为轴心的翻手腕动作或者在挥臂摆动过程中，同时完成翻手腕动作，最后完成弹烟灰动作。本发明机械手臂更加真实的模拟了烟支在燃烧过程中发生运动时，空气气流将对烟支灰柱的影响。

3、本发明所述机械手臂还包括至少一个抽气口8，所述抽气口8位于所述烟支夹持器6周围，所述抽气口8通过抽气管道与抽气机连通。通过抽气机对抽气口8位置进行抽气的作用在于：(1)将烟支燃烧产生的烟气抽走；(2)以抽气的形式使抽气口8附近形成气流，调控抽气机的抽气速率，模拟真实人体卷烟抽吸时户外环境中风对于灰柱的影响，进一步的，所述抽气口8上具有过滤网9，可以在抽去烟气的同时过滤烟灰。

4、在本发明优选地实施方案中，所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂过程在中经过伏案位置，并停留一定时间，以模拟人体抽吸之后，不进行弹灰动作时的烟支停留状态。

5、本发明机械手臂模拟消费者抽吸卷烟的动作路径，可确保每次模拟动作路径的一致性，继而有效提高卷烟燃烧包灰特性检测的精度。

附图说明

图1本发明机械手臂处于抽吸位置的状态图；

图2本发明机械手臂抽气口8结构示意图；

图3本发明机械手臂抽气口8结构示意图；

图4本发明机械手臂处于伏案位置的状态图；

图5本发明机械手臂处于弹灰位置的状态图；

1-底座，2-旋转台，3-第一机械臂，4-第二机械臂，5-机械手，6-烟支夹持器，7-弹灰机构，8-抽气口，9-过滤网，11-第一连接处，22-第二连接处，33-第三连接处，44-第四连接处，55-第五连接处，61-烟支插入口，62-烟支抽吸管，71-弹片，72-弹片支撑件。

具体实施方式：

本实施例采用本发明所述的机械手臂模拟真实人体卷烟抽吸环境以及抽吸过程，以此更加准确的检测烟支抽吸过程中烟支的包灰性能。具体测试过程如下：

(1)点燃烟支，设置吸烟模拟机抽吸模式启动抽吸，并启动抽气机；同时或然后，

(2)启动机械手臂并设置控制参数，使所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂；

(3)到达弹灰位置后，所述弹片72点弹烟支，进行弹灰，弹灰结束后，所述烟支夹持器6携带烟支从弹灰位置到抽吸位置摆臂，完成一次抽吸动作；

(4)重复步骤(2)-(3)完成多次抽吸动作。

步骤(2)中所述烟支夹持器6携带烟支从抽吸位置到弹灰位置摆臂过程在中经过伏案位置，并停留一定时间，以模拟人体抽吸之后，不进行弹灰动作时的烟支停留状态。

所述抽吸位置到所述底座1底部的高度为第一高度，所述伏案位置到所述底座1底部的高度为第二高度，所述弹灰位置到所述底座1底部的高度为第三高度，所述第一高度大于所述第二高度，所述第二高度大于所述第三高度。

步骤(1)中抽气机的抽气速率分别为0m/s、2m/s、4m/s。

步骤(1)中吸烟模拟机抽吸模式为iso抽吸模式。

选取三组同一批卷烟样品1-5(两组中样品1属于同一批，但样品1和样品2-5不是同一批)，分别进行本发明所述的抽气速率为0m/s、2m/s、4m/s的模拟动态抽吸，抽吸过程中对检测样品图像进行实时记录分析，待检测样品达设定采集燃烧长度后，检测结束，结束后采集燃烧长度范围内指标数据平均值作为样品检测指标结果。表1为在不同条件下设定某卷烟样品采集燃烧长度为35mm条件下的凝灰指数检测结果。表2为样品检测至设定采集燃烧长度时的对应图像采集。

凝灰指数的计算公式：卷烟燃烧凝灰指数ai，采用下式进行计算：

其中，sr为灰柱裂痕部分面积；st为灰柱整体面积；

待检测卷烟烟支的卷烟燃烧凝灰指数ai为多个摄像头采集图像计算结果的均值；

表1不同条件下卷烟凝灰指数检测结果

表2达设定采集燃烧长度时对应图像采集

由表1和表2可知，随着抽气速率的提高卷烟样品1-5的凝灰指数均有不同程度的下降，进一步说明了真实抽吸过程中户外环境中风对于灰柱的影响因素不可忽略，而本实施例以抽气的形式使抽气口8附近形成气流，调控抽气机的抽气速率，模拟真实人体卷烟抽吸时户外环境中风对于灰柱的影响，所以本实施例中，抽气速率为2m/s或4m/s时，卷烟凝灰指数对于研究真实抽吸时卷烟凝灰指数具有参考价值，故本实施例中卷烟样品1、卷烟样品3、卷烟样品4在户外有风的真实抽吸情况下卷烟凝灰性能比卷烟样品2、卷烟样品5要好。