基于Arduino 板控制的蠶蛹切割機(jī)的設(shè)計

穆德敏，郭慶善，戴誠霖，周紹馳，徐志好，崔俊琰，袁禛嶽

（1.沈陽工學(xué)院遼寧省數(shù)控機(jī)床信息物理融合與智能制造重點實驗室，遼寧 撫順113122；2.沈陽工學(xué)院機(jī)械工程與自動化學(xué)院，遼寧 撫順113122）

遼寧省丹東市是全國的柞蠶生產(chǎn)基地和絲綢工業(yè)基地，放養(yǎng)規(guī)模和蠶繭產(chǎn)量分別占全國的25%和全省的40%。近年來科學(xué)養(yǎng)蠶水平進(jìn)一步提高，農(nóng)民收入顯著增加，主要部分來源于蠶蛹，因其營養(yǎng)價值高[1]，深受市場的喜愛。但是目前蠶蛹脫殼環(huán)節(jié)主要采用手工作業(yè)，去殼效率不高，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)匦Q蛹市場的快速發(fā)展，為了提高加工效率，解決勞動力低下的問題，有必要研究去殼設(shè)備，并采用自動切割方式實現(xiàn)全自動加工[2，3]。同時也是為了更好的建設(shè)社會主義和諧社會，使蠶蛹的美食走進(jìn)千家萬戶，從而進(jìn)一步的提高蠶農(nóng)的收入。

為了提高蠶蛹的利用率和蠶蛹食用的適口性，可以在蠶蛹食用之前把蠶蛹和外殼分離，這樣不但提高了蠶蛹食用時的風(fēng)味[4]，而且提高了利用價值。本設(shè)計采用機(jī)械的方式使蛹皮和蛹體分離，重點從蠶蛹切割機(jī)的結(jié)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)以及操作控制三方面進(jìn)行說明。

1 蠶蛹切割機(jī)的結(jié)構(gòu)

首先運用SolidWorks 三維軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案如下：蠶蛹統(tǒng)一存放在一個儲物桶內(nèi)，出料采用震動盤結(jié)構(gòu)，利用震動的原理，使蠶蛹按一定順序留出，通過皮帶傳送將蠶蛹送至切割機(jī)構(gòu)，蠶蛹的切割過程模仿人手的動作，利用機(jī)械手機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，切割完成之后，機(jī)械手增加一個抖動的動作，實現(xiàn)蛹與殼的分離，在設(shè)備的下方增加收集蛹與殼的回收裝置，通過上述動作實現(xiàn)蠶蛹的全自動加工，機(jī)構(gòu)的效果圖如圖1 所示。

根據(jù)蠶蛹的重量輕，體積大的特點，配備了大型的儲物桶，每桶可以容納100kg 的蠶蛹，另外，可以通過傳送線的形式，將蠶蛹源源不斷送至儲物桶，便于實現(xiàn)自動化切割。本次設(shè)計配備了一套切割機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)實際產(chǎn)量的需要，增加多個切割機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)更快的加工效率。

圖1 蠶蛹切割機(jī)外觀效果圖

2 蠶蛹切割機(jī)的夾持機(jī)構(gòu)

蠶蛹?xì)さ奶攸c是大小不一致，殼比較薄，與內(nèi)部的蛹距離較近，因此，在切殼的過程中，為了保證蠶蛹不被切破，需要采用專用夾持機(jī)構(gòu)，即可以保證蛹不被切破，又可以實現(xiàn)蛹和殼成功分離，所以設(shè)計了此套結(jié)構(gòu)，在電機(jī)的帶動下，利用杠桿原理，模仿人手方便靈活動的特點，實現(xiàn)一系列動作。

加工過程如下所述。傳送到機(jī)械手切割部分時，超聲波傳感器檢測到有蠶蛹送到，機(jī)械手抓取蠶蛹并移動至刀頭位置，用特制刀頭切割，切完后使用機(jī)械手實現(xiàn)“倒水”動作，將蠶蛹倒出，機(jī)械手松開外殼。工序完畢，機(jī)械手采用海綿材料，防止對蠶蛹的損傷。刀頭為特制刀頭，切割蠶蛹的前1/3處，快速且不傷蠶蛹。

3 Arduino 板控制

在全自動蠶蛹切割機(jī)的電氣控制系統(tǒng)中，通過Arduino 板來控制整個系統(tǒng)及用于控制繼電器、直流電機(jī)、機(jī)械手等，包括繼電器起到弱電控制強(qiáng)電的作用下，用于連接Arduino 與電機(jī)和振動器，并使Arduino 輸出的5V 電壓能夠控制振動器和電機(jī)。Arduino 能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino 的編程語言來編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，燒錄進(jìn)微控制器，因此可以實現(xiàn)控制繼電機(jī)、直流電機(jī)、振動機(jī)的具體動作過程。

其中紅外遙控模塊負(fù)責(zé)給Arduino 板子發(fā)送指令執(zhí)行所有程序，超聲波檢測模塊用來檢測蠶蛹，實現(xiàn)過程控制的主要程序如下：

4 結(jié) 語

本機(jī)構(gòu)經(jīng)過三維設(shè)計，并模擬動作過程，解決了裝配過程中干涉問題，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

采用電動機(jī)械手實現(xiàn)蠶蛹的切割，運用Arduino 板控制各動作，操作簡單可靠，性價比高。

通過此結(jié)構(gòu)設(shè)計，可替代人工，不僅可以降低工人的勞動強(qiáng)度，而且還可以提高生產(chǎn)效率，助力振興當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。