小型藜蒿去葉仿生手裝置的設計研究

朱 銳

藜蒿，蒿屬，別名蔞蒿、蘆蒿、水蒿等，是一種綠色保健蔬菜，香脆可口，因具有特殊的香味、一定的營養價值而深受消費者的青睞。對于藜蒿，主要食用其嫩莖，當藜蒿長至20～40 cm時，將嫩莖割下，經過一定的工藝去除葉子，清洗干凈后食用，清炒或配以臘肉烹炒。臘月、春節前后，市場的需求量非常大，價格非常高。因而，近年來湖北省種植面積不斷擴大[1]。長期以來，去葉工作主要由人工完成，不僅勞動強度大、工作量大，而且效率低。目前，人工去葉成本約2 kg/元，使得種植藜蒿的成本增大，不利于藜蒿種植業的持續長遠發展。

該文設計了一種仿人工手的去葉裝置，利用合頁的張合模仿夾持手實現藜蒿頂端夾持功能，利用2塊內側帶有橡膠的夾板模仿去葉手實現手指摩擦去葉的功能。

1 仿生去葉的原理

人工去葉時，一只手利用手指的間隙夾住藜蒿莖稈頂端，目的是確保藜蒿莖稈不被損壞；另一只手夾住藜蒿莖稈，沿逆向藜蒿莖稈方向，將葉子一片片播下。裝置正是參照該過程，由夾持手抓取藜蒿的頂端，可以是一根也可以是多根，再通過仿生的去葉手依靠橡膠對藜蒿莖稈的摩擦力去除藜蒿上的葉子，達到去葉目的，為了防止劃傷藜蒿嫩莖，去葉手內側粘有橡膠。

2 仿形夾持裝置的設計

設計采用機械式夾持裝置，設計了夾持裝置。首先需要一只手夾持著藜蒿頂端，仿照人手夾取藜蒿原理，仿形手夾持部位選擇為藜蒿帶葉頂端，一方面是為了避免對藜蒿的頂端以下部分的損壞，為方便接下來的后續去葉工序；另一方面夾持部位的葉子得以保留，主要是為了迎合消費市場的美觀、新鮮需求。

整個夾持裝置設計了合頁夾，合頁夾的原理主要是張合動作，模仿人手夾取藜蒿莖稈頂端，兩合頁夾連接部分設計了個銷軸，可繞銷軸轉動，確保夾持牢靠。同時，在夾片內側粘附有橡膠片，依靠橡膠的彈性對對象起到柔性夾持作用，可確保夾取藜蒿時不損壞藜蒿的食用部分。

在合頁夾合攏時，葉片如果是水平的，這樣合攏狀態下會產生一角度，產生間隙，不滿足夾持要求。因此，設計合頁夾葉片中下部向外凸出，上部有一定弧度且可以相互貫穿，橡膠層凸凹相間，確保當合頁夾合攏時利于夾緊。所以最終的設計結果，合頁夾上部設計成弧狀貫穿，中下部設計為向外凸半圓，橡膠層凸凹相間[2]。

夾持裝置進入導軌的過程中，會與導軌之間產生阻礙夾持裝置的繼續運動的摩擦力，摩擦阻力過大的話，不利于后續工藝的進行。所以，盡量減少摩擦力是設計要考慮的難點問題。出于對該問題的解決，設計了一個由若干軸承組成的導輥，位于合頁夾與導軌運動位置間。同時，為了使夾持裝置擺正，在夾持裝置后部設計了一個墊片，以墊高合頁夾一邊，通過以上措施可有效減小導軌摩擦力。

整個裝置的動作過程如下：合頁夾在進入導軌前，狀態處于打開狀態，壓簧的狀態處于完全張開狀態，同時夾持裝置安裝在鏈條上，為防止合頁夾張開的過程中角度過大，會對夾持裝置夾取藜蒿莖稈的速度產生一定的影響，鏈條在運轉過程中產生振動，合頁夾在無約束情況下擺晃，在夾持裝置固定板上設計了2個角度限位板，對合頁夾起左右支撐限位作用，從而可以確保合頁夾張開角度不大于45°。

3 仿形去葉裝置的設計

人手去葉時通過手的拉力，一手夾住藜蒿莖稈的頂端，用一定的力拉拽藜蒿；同時另一只手大拇指和食指間的壓力，壓于藜蒿莖稈，沿逆藜蒿莖稈生長方向順勢將葉子一次性剝下，由于人手具有一定的靈活性，可根據藜蒿莖稈的直徑不斷調節中間的間隙、莖稈的長度，以改變手指對藜蒿莖稈施加的力，同時注意因用力過大引起的藜蒿拉斷。

去葉裝置主要由直線軸承、去葉夾、讓位輥、U型光軸和彈簧組成。去葉夾為一塑料板安裝在軸套上，軸套通過螺栓固定在光軸上，設計了一個在去葉夾內側黏有橡膠墊，作用是緩存去葉夾對藜蒿莖稈的夾緊力，防止損傷藜蒿莖稈。去葉夾通過光軸沿直線軸承的運動來實現張合，直線軸承套在套筒中，將套筒焊接于機架上。光軸穿過直線軸承可沿直線軸承做直線運動，在去葉夾與直線軸承間套有壓簧，利用壓簧的彈力來實現去葉夾的夾緊。

4 結語

該文設計了一種仿生手去葉裝置的設計，詳細介紹了其工作原理和過程，可實現自動夾取藜蒿、去葉功能，并對夾持機構和去葉機構的結構進行了說明。夾持的關鍵是夾持過程中夾持的部位、藜蒿的頂端直徑不同對夾持的效果及對藜蒿的損傷有很大的影響，今后需對送葉機構的設計進行研究。

[1]龔世偉，梁軍，吳正斯，等．藜蒿文化歷史與蔡甸藜蒿產業化發展現狀[J]．長江蔬菜，2011（16）：15-16．

[2]楊鳳巖．蘆蒿不同部位營養成分比較[J]．氨基酸和生物資源，2003（1）：829．