扇贝脏器气吸分离装置柔顺臂动力学特性分析.pdf

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1、第32卷第2期2442016年1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、厂01．32No．2Jan．2016扇贝脏器气吸分离装置柔顺臂动力学特性分析李娜，姜海勇，张先鹏，弋景刚(河北农业大学机电工程学院，保定071001)摘要：为了实现扇贝高效低损的自动化生产，针对扇贝脏器负压吸取分离方式，提出一种基于大变形分布式柔顺机构的气吸分离驱动结构。建立柔顺驱动臂伪刚体模型，将其等效为具有欠驱动关节的多刚体系统；并基于影响系数法建立柔顺臂等效多刚体系统的动力学模型，对等效多刚体系统中主、被动

2、关节间运动进行动力学解耦，得到了系统的二阶非完整约束方程，推导出了等效欠驱动关节加速度与主动关节输入驱动力矩的表达式；在此基础上，对分布式柔顺臂的动力学特性进行仿真分析与样机试验，结果表明：利用柔顺臂的复合弹性变形，当转轴转角、<560时，柔顺臂带动吸管垂直上升实现脏器吸取：当转轴转角i>610时，吸管开始明显倾斜，吸管底面与水平夹在25。～300之间，满足倾斜卸压要求，试验结果与仿真分析基本一致。分离装置基于柔顺机构运动特性，可有效简化设备机械结构与控制系统，降低成本与能耗，研究结果为扇贝自动化生产设备的研发提供参考。关键词：建模；动力学；试验；扇贝脏器气吸分离装置；

3、分布式柔顺臂；影响系数法doi-10．119750．issn．1002-6819．2016．02．035中图分类号：$985．3+6；THll3．2+2文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一02—0244—08李娜，姜海勇，张先鹏，弋景刚．扇贝脏器气吸分离装置柔顺臂动力学特性分析[J]．农业工程学报，2016，32(2)：244--251．doi·10．119750．issn．1002—6819．2016．02．035http：／／www．tcsae．orgLiNa,JiangHaiyong，ZhangXianpeng，YiJinggang．Dynam

4、iccharacteristicanalysisofdistributed-compliantanTiinvacuumsuctiondeviceforscallopvisceraseparation[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgficulturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(2)：244--251．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119750．issn．1002—6819．2016．02．035http：／／www．tesa

5、e．org．0引言双壳贝类是中国主要经济贝类之一，其闭壳肌亦称贝柱，不但营养丰富，而且还有很多保健功能，具有重要的食用价值和经济价值【卜引，是海湾扇贝养殖的主要经济产品。海湾扇贝的闭壳肌呈圆柱状，其两端面分别粘连在两个贝壳的内壁上，外套膜附着在贝壳的边缘，呼吸器等脏器附着在闭壳肌的周围，内脏结构复杂且与闭壳肌结合紧密，不易分离。人工采集闭壳肌，均采用刀具勾挑内脏团分离的方式进行，会在闭壳肌上留下刀痕，影响产品的经济价值【4】。闭壳肌自动化采集通常采用2种方式：机械式剥离和非机械式剥离【5-6]。机械式剥离采用纯机械装置对闭壳肌和脏器套膜进行强制性剥离，但这种方法常对闭壳

6、肌造成撕裂等损伤，成品率低[粥】：非机械式剥离则通过热处理[9-11】、化学试剂处理、超高压技术【12】等方式作用于扇贝，达到闭壳肌与脏器自动分离的目的，但这种方法由于对闭壳肌进行了一定的热加工，会破坏闭壳肌的营养成分[13-16】。因此海湾扇贝闭壳肌与内脏的低损分离成为实现其自动收稿日期：2015．10．06修订日期：2015-12．08基金项目：国家自然科学基金资助项目(51305125)；河北省自然科学基金资助项目(E2013204110)；河北省高等学校科学技术研究基金资助项目(YQ2013007)作者简介：李娜，女，河北保定人，博士，讲师，主要从事欠驱动机构、

7、仿生机器人的研究。保定河北农业大学机电工程学院，071001。Emaihrcs—lina@126．com化采集的关键环节之一。针对闭壳肌自动化剥离中的损伤问题，齐晓娜等提出以负压吸取方式实现闭壳肌与内脏团的分离【”】。气吸式扇贝脏器分离装置由吸管与驱动机构构成，由于受限于工作空间，采用传统刚性机械结构实现复杂的吸管位姿控制困难，因此基于柔顺机构依靠自身弹性变形来输出运动和力，在结构上少有甚至没有运动副的特剧18．20】，本文提出分布式柔顺臂为主体的吸管驱动机构，简化机械结构的复杂程度。基于伪刚体模型法【211，本文建立柔顺臂的动力学模型，