基于Arduino 板控制的蠶蛹切割機的設計

穆德敏，郭慶善，戴誠霖，周紹馳，徐志好，崔俊琰，袁禛嶽

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

遼寧省丹東市是全國的柞蠶生產基地和絲綢工業基地，放養規模和蠶繭產量分別占全國的25%和全省的40%。近年來科學養蠶水平進一步提高，農民收入顯著增加，主要部分來源于蠶蛹，因其營養價值高[1]，深受市場的喜愛。但是目前蠶蛹脫殼環節主要采用手工作業，去殼效率不高，嚴重制約著當地蠶蛹市場的快速發展，為了提高加工效率，解決勞動力低下的問題，有必要研究去殼設備，并采用自動切割方式實現全自動加工[2，3]。同時也是為了更好的建設社會主義和諧社會，使蠶蛹的美食走進千家萬戶，從而進一步的提高蠶農的收入。

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味[4]，而且提高了利用價值。本設計采用機械的方式使蛹皮和蛹體分離，重點從蠶蛹切割機的結構、夾持機構以及操作控制三方面進行說明。

1 蠶蛹切割機的結構

首先運用SolidWorks 三維軟件進行結構設計，結構設計的方案如下：蠶蛹統一存放在一個儲物桶內，出料采用震動盤結構，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構，蠶蛹的切割過程模仿人手的動作，利用機械手機構來實現，切割完成之后，機械手增加一個抖動的動作，實現蛹與殼的分離，在設備的下方增加收集蛹與殼的回收裝置，通過上述動作實現蠶蛹的全自動加工，機構的效果圖如圖1 所示。

根據蠶蛹的重量輕，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，便于實現自動化切割。本次設計配備了一套切割機構，可以根據實際產量的需要，增加多個切割機構，實現更快的加工效率。

圖1 蠶蛹切割機外觀效果圖

2 蠶蛹切割機的夾持機構

蠶蛹殼的特點是大小不一致，殼比較薄，與內部的蛹距離較近，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構，即可以保證蛹不被切破，又可以實現蛹和殼成功分離，所以設計了此套結構，在電機的帶動下，利用杠桿原理，模仿人手方便靈活動的特點，實現一系列動作。

加工過程如下所述。傳送到機械手切割部分時，超聲波傳感器檢測到有蠶蛹送到，機械手抓取蠶蛹并移動至刀頭位置，用特制刀頭切割，切完后使用機械手實現“倒水”動作，將蠶蛹倒出，機械手松開外殼。工序完畢，機械手采用海綿材料，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的電氣控制系統中，通過Arduino 板來控制整個系統及用于控制繼電器、直流電機、機械手等，包括繼電器起到弱電控制強電的作用下，用于連接Arduino 與電機和振動器，并使Arduino 輸出的5V 電壓能夠控制振動器和電機。Arduino 能通過各種各樣的傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境。板子上的微控制器可以通過Arduino 的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器，因此可以實現控制繼電機、直流電機、振動機的具體動作過程。

其中紅外遙控模塊負責給Arduino 板子發送指令執行所有程序，超聲波檢測模塊用來檢測蠶蛹，實現過程控制的主要程序如下：

4 結 語

本機構經過三維設計，并模擬動作過程，解決了裝配過程中干涉問題，進一步優化結構提供依據。

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

通過此結構設計，可替代人工，不僅可以降低工人的勞動強度，而且還可以提高生產效率，助力振興當地經濟。