基于Arduino 板控制的蚕蛹切割机的设计

穆德敏，郭庆善，戴诚霖，周绍驰，徐志好，崔俊琰，袁禛嶽

（1.沈阳工学院辽宁省数控机床信息物理融合与智能制造重点实验室，辽宁 抚顺113122；2.沈阳工学院机械工程与自动化学院，辽宁 抚顺113122）

辽宁省丹东市是全国的柞蚕生产基地和丝绸工业基地，放养规模和蚕茧产量分别占全国的25%和全省的40%。近年来科学养蚕水平进一步提高，农民收入显著增加，主要部分来源于蚕蛹，因其营养价值高[1]，深受市场的喜爱。但是目前蚕蛹脱壳环节主要采用手工作业，去壳效率不高，严重制约着当地蚕蛹市场的快速发展，为了提高加工效率，解决劳动力低下的问题，有必要研究去壳设备，并采用自动切割方式实现全自动加工[2，3]。同时也是为了更好的建设社会主义和谐社会，使蚕蛹的美食走进千家万户，从而进一步的提高蚕农的收入。

为了提高蚕蛹的利用率和蚕蛹食用的适口性，可以在蚕蛹食用之前把蚕蛹和外壳分离，这样不但提高了蚕蛹食用时的风味[4]，而且提高了利用价值。本设计采用机械的方式使蛹皮和蛹体分离，重点从蚕蛹切割机的结构、夹持机构以及操作控制三方面进行说明。

1 蚕蛹切割机的结构

首先运用SolidWorks 三维软件进行结构设计，结构设计的方案如下：蚕蛹统一存放在一个储物桶内，出料采用震动盘结构，利用震动的原理，使蚕蛹按一定顺序留出，通过皮带传送将蚕蛹送至切割机构，蚕蛹的切割过程模仿人手的动作，利用机械手机构来实现，切割完成之后，机械手增加一个抖动的动作，实现蛹与壳的分离，在设备的下方增加收集蛹与壳的回收装置，通过上述动作实现蚕蛹的全自动加工，机构的效果图如图1 所示。

根据蚕蛹的重量轻，体积大的特点，配备了大型的储物桶，每桶可以容纳100kg 的蚕蛹，另外，可以通过传送线的形式，将蚕蛹源源不断送至储物桶，便于实现自动化切割。本次设计配备了一套切割机构，可以根据实际产量的需要，增加多个切割机构，实现更快的加工效率。

图1 蚕蛹切割机外观效果图

2 蚕蛹切割机的夹持机构

蚕蛹壳的特点是大小不一致，壳比较薄，与内部的蛹距离较近，因此，在切壳的过程中，为了保证蚕蛹不被切破，需要采用专用夹持机构，即可以保证蛹不被切破，又可以实现蛹和壳成功分离，所以设计了此套结构，在电机的带动下，利用杠杆原理，模仿人手方便灵活动的特点，实现一系列动作。

加工过程如下所述。传送到机械手切割部分时，超声波传感器检测到有蚕蛹送到，机械手抓取蚕蛹并移动至刀头位置，用特制刀头切割，切完后使用机械手实现“倒水”动作，将蚕蛹倒出，机械手松开外壳。工序完毕，机械手采用海绵材料，防止对蚕蛹的损伤。刀头为特制刀头，切割蚕蛹的前1/3处，快速且不伤蚕蛹。

3 Arduino 板控制

在全自动蚕蛹切割机的电气控制系统中，通过Arduino 板来控制整个系统及用于控制继电器、直流电机、机械手等，包括继电器起到弱电控制强电的作用下，用于连接Arduino 与电机和振动器，并使Arduino 输出的5V 电压能够控制振动器和电机。Arduino 能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino 的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器，因此可以实现控制继电机、直流电机、振动机的具体动作过程。

其中红外遥控模块负责给Arduino 板子发送指令执行所有程序，超声波检测模块用来检测蚕蛹，实现过程控制的主要程序如下：

4 结 语

本机构经过三维设计，并模拟动作过程，解决了装配过程中干涉问题，进一步优化结构提供依据。

采用电动机械手实现蚕蛹的切割，运用Arduino 板控制各动作，操作简单可靠，性价比高。

通过此结构设计，可替代人工，不仅可以降低工人的劳动强度，而且还可以提高生产效率，助力振兴当地经济。