海湾扇贝外套膜剥离机械手的设计

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1、2015年4月农机化研究第4期海湾扇贝外套膜剥离机械手的设计朱其霄，弋景刚，姜海勇，王家忠，刘江涛，徐鹏云(河北农业大学机电工程学院，河北保定071000)摘要:针对我国海湾扇贝加工机械化水平低的现状，设计了一种外套膜剥离机械手。海湾扇贝壳内曲面为高阶曲面，扇贝外套膜除在背面少数部位与壳连接外其余部分均为游离。机械手受人工剥离方式启发，手爪设计为柔性结构，刀钩可旋转且刀杆可自由伸缩，能自动适应贝壳曲面轮廓。此外，对机械手推杆移动距离与手爪开合角度的关系、推杆移动速度与刀钩钩取速度的关系、刀钩的形态位置变化情况进行了理论分析。该机械手可代替人工对海湾扇贝进行加工，节

2、省人工劳动力，提高了扇贝加工的安全性，提升了扇贝制品品质。关键词:海湾扇贝;外套膜剥离;机械手;柔性结构+中图分类号:S985．36文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0063－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.015CaCO3和5%左右的有机大分子。海湾扇贝内部主要0引言为贝柱、外套膜及内脏等生物组织，如图1所示。海湾扇贝原产于北美洲大西洋沿岸，目前已经成为我国北方沿海一种重要的养殖贝类。国内的扇贝加工企业主要采取人工作业方式、小规模作坊式生产，机械化程度低，工人劳动强度大，工作环境差，扇贝制品的品质难

3、以保证。国外虽然已经研制出扇贝加工设备，但主要针对尺寸较大的虾夷扇贝设计，对海湾扇贝这种尺寸较小的贝类适用性差且设备造价昂贵。因此，深入探究海湾扇贝的生物特性，研制扇贝加工关键装备，提高扇贝制品的质量，实现扇贝加工的大规模机械化生产，对我国扇贝产业的未来发展［1－2］具有重大和深远的意义。图1贝壳结构本文针对海湾扇贝的开壳取肉问题进行研究，特Fig．1Thestructureoftheshell别是针对如何剥离外套膜这一关键问题进行了深入海湾扇贝外套膜具有双壳贝类外套膜的典型结探讨。同时，结合海湾扇贝的生物特性，创造性地将构，紧贴于两贝壳的内面，为包被内脏团的二叶

4、薄膜，机械手这一设计思想运用在海湾扇贝加工中，实现了由中央膜和边缘膜组成，边缘膜较厚、色深，中央膜薄机械化剥离外套膜，为海湾扇贝加工中后序的取贝柱而透明。外套膜各部位组织学结构相似，其组织结构工作奠定了基础。主要为内外上皮层、结缔组织与肌纤维。外套膜除了［3－4］在背面少数部位连接外其余部分均为游离状态。1扇贝外套膜剥离方案确定1．2外套膜剥离技术现状1．1海湾扇贝生物特性分析现有的扇贝外套膜剥离技术主要有3类:负压吸［5－7］海湾扇贝两壳几乎相等，右壳稍高，成贝壳高在引方式、多辊辊碾方式及人工剥离方式。60mm左右，壳宽24mm左右，主要成分为95%以上的负压吸

5、引方式是采用真空技术吸除附着在扇贝壳体表面的外套膜;多辊辊碾方式是采用多个并排的收稿日期:2014－04－15细辊，对外套膜进行辊碾撕扯;人工剥离方式是用刀基金项目:国家海洋公益性行业科技专项(201205031)作者简介:朱其霄(1989－)，男，河北衡水人，硕士研究生，(E－mail)具从贝壳边缘处钩起外套膜，刀尖沿贝壳内面运动至912016254@qq．com。贝柱附近时向上挑起，从而将外套膜及内脏从贝柱上通讯作者:弋景刚(1961－)，男，河北沧州人，教授，硕士生导师，(E－mail)yjg@hebau．edu．cn。撕下。·63·2015年4月农机化研究

6、第4期1．3外套膜剥离方案的确定工安全性，提升扇贝制品品质。目前，虾夷扇贝加工中多采用负压吸引方式和多2机械手总体结构设计及工作原理辊辊碾方式。试验表明:这两类方式应用于海湾扇贝加工时，由于海湾扇贝贝柱娇嫩细小，剥离外套膜的机械手的主要结构包括机架、推杆、导套、导杆、止同时贝柱也易受损伤。人工方式剥离效果最好，但在滑结构、升降盘、卸料半环、开闭杆、连杆、刀杆10及刀人工操作中存在刀具在贝柱上留下划痕的问题，而且钩，如图3所示。工人由于长时间工作感到疲劳易发生刀具划伤手指的情况。通过对海湾扇贝内面进行轮廓测量，发现其内面为复杂高阶曲面。以左壳为例，分别测量贝壳内面与

7、平面1、2、3相交处轮廓曲线，如图2所示。1．机架2．推杆3．导套4．导杆5．卸料半环6．连杆7．刀杆8．开闭杆9．升降盘10．止滑结构11．刀钩图3机械手结构图Fig．3Thestructureofthemanipulator图2贝壳内面导套与机架相连，导杆与机架下方的升降盘相Fig．2Theinnersurfaceoftheshell连，在机械手升降时起导向作用。止滑结构位于机架左壳内面与平面1的相交曲线函数表达式为与升降盘之间，由柱塞式气缸与两个反向并联的单向－96－75f(x)=1．684ex－3．364ex+阀(未画出)组成，防止升降盘在自重下滑动。推杆

8、穿－54－