小型藜蒿去叶仿生手装置的设计研究

朱 锐

藜蒿，蒿属，别名蒌蒿、芦蒿、水蒿等，是一种绿色保健蔬菜，香脆可口，因具有特殊的香味、一定的营养价值而深受消费者的青睐。对于藜蒿，主要食用其嫩茎，当藜蒿长至20～40 cm时，将嫩茎割下，经过一定的工艺去除叶子，清洗干净后食用，清炒或配以腊肉烹炒。腊月、春节前后，市场的需求量非常大，价格非常高。因而，近年来湖北省种植面积不断扩大[1]。长期以来，去叶工作主要由人工完成，不仅劳动强度大、工作量大，而且效率低。目前，人工去叶成本约2 kg/元，使得种植藜蒿的成本增大，不利于藜蒿种植业的持续长远发展。

该文设计了一种仿人工手的去叶装置，利用合页的张合模仿夹持手实现藜蒿顶端夹持功能，利用2块内侧带有橡胶的夹板模仿去叶手实现手指摩擦去叶的功能。

1 仿生去叶的原理

人工去叶时，一只手利用手指的间隙夹住藜蒿茎秆顶端，目的是确保藜蒿茎秆不被损坏；另一只手夹住藜蒿茎秆，沿逆向藜蒿茎秆方向，将叶子一片片播下。装置正是参照该过程，由夹持手抓取藜蒿的顶端，可以是一根也可以是多根，再通过仿生的去叶手依靠橡胶对藜蒿茎秆的摩擦力去除藜蒿上的叶子，达到去叶目的，为了防止划伤藜蒿嫩茎，去叶手内侧粘有橡胶。

2 仿形夹持装置的设计

设计采用机械式夹持装置，设计了夹持装置。首先需要一只手夹持着藜蒿顶端，仿照人手夹取藜蒿原理，仿形手夹持部位选择为藜蒿带叶顶端，一方面是为了避免对藜蒿的顶端以下部分的损坏，为方便接下来的后续去叶工序；另一方面夹持部位的叶子得以保留，主要是为了迎合消费市场的美观、新鲜需求。

整个夹持装置设计了合页夹，合页夹的原理主要是张合动作，模仿人手夹取藜蒿茎秆顶端，两合页夹连接部分设计了个销轴，可绕销轴转动，确保夹持牢靠。同时，在夹片内侧粘附有橡胶片，依靠橡胶的弹性对对象起到柔性夹持作用，可确保夹取藜蒿时不损坏藜蒿的食用部分。

在合页夹合拢时，叶片如果是水平的，这样合拢状态下会产生一角度，产生间隙，不满足夹持要求。因此，设计合页夹叶片中下部向外凸出，上部有一定弧度且可以相互贯穿，橡胶层凸凹相间，确保当合页夹合拢时利于夹紧。所以最终的设计结果，合页夹上部设计成弧状贯穿，中下部设计为向外凸半圆，橡胶层凸凹相间[2]。

夹持装置进入导轨的过程中，会与导轨之间产生阻碍夹持装置的继续运动的摩擦力，摩擦阻力过大的话，不利于后续工艺的进行。所以，尽量减少摩擦力是设计要考虑的难点问题。出于对该问题的解决，设计了一个由若干轴承组成的导辊，位于合页夹与导轨运动位置间。同时，为了使夹持装置摆正，在夹持装置后部设计了一个垫片，以垫高合页夹一边，通过以上措施可有效减小导轨摩擦力。

整个装置的动作过程如下：合页夹在进入导轨前，状态处于打开状态，压簧的状态处于完全张开状态，同时夹持装置安装在链条上，为防止合页夹张开的过程中角度过大，会对夹持装置夹取藜蒿茎秆的速度产生一定的影响，链条在运转过程中产生振动，合页夹在无约束情况下摆晃，在夹持装置固定板上设计了2个角度限位板，对合页夹起左右支撑限位作用，从而可以确保合页夹张开角度不大于45°。

3 仿形去叶装置的设计

人手去叶时通过手的拉力，一手夹住藜蒿茎秆的顶端，用一定的力拉拽藜蒿；同时另一只手大拇指和食指间的压力，压于藜蒿茎秆，沿逆藜蒿茎秆生长方向顺势将叶子一次性剥下，由于人手具有一定的灵活性，可根据藜蒿茎秆的直径不断调节中间的间隙、茎秆的长度，以改变手指对藜蒿茎秆施加的力，同时注意因用力过大引起的藜蒿拉断。

去叶装置主要由直线轴承、去叶夹、让位辊、U型光轴和弹簧组成。去叶夹为一塑料板安装在轴套上，轴套通过螺栓固定在光轴上，设计了一个在去叶夹内侧黏有橡胶垫，作用是缓存去叶夹对藜蒿茎秆的夹紧力，防止损伤藜蒿茎秆。去叶夹通过光轴沿直线轴承的运动来实现张合，直线轴承套在套筒中，将套筒焊接于机架上。光轴穿过直线轴承可沿直线轴承做直线运动，在去叶夹与直线轴承间套有压簧，利用压簧的弹力来实现去叶夹的夹紧。

4 结语

该文设计了一种仿生手去叶装置的设计，详细介绍了其工作原理和过程，可实现自动夹取藜蒿、去叶功能，并对夹持机构和去叶机构的结构进行了说明。夹持的关键是夹持过程中夹持的部位、藜蒿的顶端直径不同对夹持的效果及对藜蒿的损伤有很大的影响，今后需对送叶机构的设计进行研究。

[1]龚世伟，梁军，吴正斯，等．藜蒿文化历史与蔡甸藜蒿产业化发展现状[J]．长江蔬菜，2011（16）：15-16．

[2]杨凤岩．芦蒿不同部位营养成分比较[J]．氨基酸和生物资源，2003（1）：829．