一种自适应莲子剥壳设备的电路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，包括固定机构、切割机构以及感应控制电路；固定机构包括第一夹具、第二夹具以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述第二夹具驱动连接，所述第一夹具与第二夹具相对设置且相互之间间隔一定距离；切割机构包括刀具以及切割驱动装置；切割驱动装置与刀具驱动连接，所述刀具的切割刀口与所述第一夹具与第二夹具之间的间隙相对；感应控制电路包括电源以及单片机；电源分别连接刀具、第一夹具以及单片机，单片机还与切割驱动装置以及旋转驱动装置连接。本实用新型通过感应控制电路感应刀具是否接触到莲子，从而控制刀具精确进给量；通过第一夹具和第二夹具之间的摩擦力和反作用力剥开莲子壳。
【专利说明】
一种自适应莲子剥壳设备的电路结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及鲜莲子加工设备，尤其是一种自适应莲子剥壳设备的电路结构。
【背景技术】
[0002]莲子为我国南方重要特色农产品，是一种有规则几何形状的、颗粒较均匀的果实。莲子长轴直径在10-25mm，短轴直径在15-19mm，壳厚在0.7-1.0mm，其中以长径23mm，短径18mm，壳厚在0.9mm左右的莲子数量最多，占90%以上。莲子的莲壳和莲衣、莲仁有一定的间隙，莲子壳的皮层外表1/3较坚韧，其余2/3较脆。脱壳时只需将坚韧部分切开，其余部分经适当挤压就会自然裂开。
[0003]常见的莲子剥壳原理有撕搓式剥壳、冲击式剥壳、摩擦式剥壳、切割式剥壳、挤压式剥壳五种。现有的莲子剥壳加工机器，在剥壳的过程中，不能够准确的控制刀具与莲子之间的距离，往往会造成加工后的莲子没有实现完整的剥壳或者是刀切至莲子过深而破坏了莲肉，影响了其价值。而且多是通过推料杆实现对莲子的推送，机械结构过于复杂，造成机器精度较低的现象。
[0004]现如今对莲子以及莲子芯的需求日益增大，而现有的莲子剥壳设备大多存在通用性差不能适应不同地区不同品种的莲子的统一加工；自动化程度不高，仍需手工剥壳或半自动剥壳;作业效果不理想，净壳率低，剥壳后的损伤率高，影响莲子的品质等问题，早已经不能够满足生产的需要。因此，迫切需求研制一台能够对不同大小莲子实现精准无损剥壳的设备，以适应莲子加工产业的要求。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，能够实现精准无损剥壳，通用性高、净壳率高。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，包括固定机构、切割机构以及感应控制电路；
[0007]所述固定机构包括第一夹具、第二夹具以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述第二夹具驱动连接，所述第一夹具与第二夹具相对设置且相互之间间隔一定距离；
[0008]所述切割机构包括刀具以及切割驱动装置;所述切割驱动装置与刀具驱动连接，所述刀具的切割刀口与所述第一夹具与第二夹具之间的间隙相对；
[0009]所述感应控制电路包括电源以及单片机;所述电源分别连接刀具、第一夹具以及单片机，所述单片机还与切割驱动装置以及旋转驱动装置连接。
[0010]其中，所述感应控制电路还包括电阻器，所述电源通过所述电阻器连接刀具、第一夹具和单片机。
[0011 ]其中，所述电阻器的阻值小于等于常规一颗莲子的阻值。
[0012]其中，所述感应控制电路还包括A/D转换器，所述刀具通过所述A/D转换器与所述单片机连接。
[0013]其中，所述旋转驱动装置包括第一步进电机、导杆、导杆支座以及旋转手臂;所述导杆套设在所述导杆支座内，所述导杆可相对所述导杆支座做旋转运动和直线运动;所述导杆的一端与所述第一步进电机驱动连接，另一端通过所述旋转手臂与第二夹具连接。
[0014]其中，所述固定机构还包括固定支架和棘轮机构，所述棘轮机构设有棘轮的一端与所述固定支架连接，所述棘轮机构的另一端与所述第一夹具连接。
[0015]其中，所述切割驱动装置包括第二步进电机、齿条、齿条导轨以及齿轮;所述齿条的一端与所述刀具固定连接;所述齿条设置在所述齿条导轨内；所述齿轮与所述齿条配合设置，所述齿轮与所述第二步进电机驱动连接。
[0016]其中，所述齿条导轨的延伸方向与所述第一夹具和第二夹具之间连线的延伸方向相垂直。
[0017]其中，所述第一夹具和第二夹具相对的一面分别设有与莲子的两个端面大小相适配的凹槽或碗状结构;所述凹槽的深度小于莲子的二分之一最大长轴直径;所述碗口直径小于莲子的最大短轴直径。
[0018]其中，所述切割刀口位于所述第一夹具和第二夹具之间间隙的二分之一处，且设置在所述第一夹具和第二夹具外侧。
[0019]本实用新型的有益效果在于:本实用新型设有感应控制电路，能够在刀具接触到莲子后，利用鲜莲子的导电性，导通刀具、第二夹具以及电源之间构成的回路，然后通过单片机控制切割驱动装置启动，进而控制刀具的精准进给量，仅切割到莲子壳体外部1/3的坚韧部分，保证莲子的外壳切开的同时不切到内层果仁。然后，依据莲子皮层内部2/3显脆性，施加适当挤压便会自然裂开的特性;同时利用电路信号传输的迟滞性，在回路导通的同时，通过单片机控制旋转驱动装置使第二夹具做反转运动，在第一夹具与第二夹具之间的相对反向旋转和二者装夹处施加给莲子的摩擦力的共同作用下，被切开一定深度的莲子外壳在一对反向作用力下被剥开从而实现莲子的剥壳过程。本实用新型的莲子剥壳过程，能够依据不同莲子的大小，控制刀具精准进给量，实现自适应精准切割；同时，充分利用莲子外壳的质地特性，实现无损伤剥壳。从而显著提高剥壳设备的通用性、破壳率;降低莲子的破损率，提尚莲子的良品率。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型一种自适应莲子剥壳设备的电路结构示意图；
[0021]图2为本实用新型实施例的一种自适应莲子剥壳设备的结构示意图；
[0022]图3为本实用新型实施例的俯视结构不意图；
[0023]图4为本实用新型实施例的侧视结构示意图。
[0024]标号说明:
[0025]1、固定机构;2、切割机构;3、第一夹具;4、第二夹具；
[0026]5、旋转驱动装置;6、刀具;7、切割驱动装置；
[0027]8、第一步进电机;9、导杆;10、导杆支座;11、旋转手臂；
[0028]12、固定支架；13、棘轮机构；14、第二步进电机；
[0029]15、齿条;16、齿条导轨;17、齿轮;18、碗状结构；19、莲子；
[0030]20、单片机;21、A/D转换器;Rl、电阻器。
【具体实施方式】
[0031]为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0032]本实用新型最关键的构思在于:能够感应刀具是否接触到莲子，进而控制刀具精确进给量;通过第一夹具和第二夹具之间的摩擦力和反作用力剥开莲子壳。
[0033]请参照图1，本实用新型提供一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，包括固定机构、切割机构以及感应控制电路；
[0034]所述固定机构包括第一夹具、第二夹具以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述第二夹具驱动连接，所述第一夹具与第二夹具相对设置且相互之间间隔一定距离；
[0035]所述切割机构包括刀具以及切割驱动装置;所述切割驱动装置与刀具驱动连接，所述刀具的切割刀口与所述第一夹具与第二夹具之间的间隙相对；
[0036]所述感应控制电路包括电源以及单片机;所述电源分别连接刀具、第一夹具以及单片机，所述单片机还与切割驱动装置以及旋转驱动装置连接。
[0037]从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于:感应控制电路在刀具未接触到莲子之前，处于断路状态；当刀具接触到含水分的莲子后，刀具、莲子、切割驱动装置、第二夹具、旋转驱动装置以及感应控制电路之间将构成导通的回路;然后通过单片机控制切割驱动装置停止工作，利用信号传输的迟滞性，使刀具的切割深度刚好到达，莲壳1/3处;实现控制刀具的进给量;再然后，通过单片机控制旋转驱动装置驱动第二夹具相对第一夹具做反向旋转，通过第二夹具与第二夹具之间的摩擦力和反作用力剥离莲壳和莲仁;实现自适应不同形状大小的莲子，以及无损剥壳。
[0038]进一步的，所述感应控制电路还包括电阻器，所述电源通过所述电阻器连接刀具、
第一夹具和单片机。
[0039]进一步的，所述电阻器的阻值小于等于常规一颗莲子的阻值。
[0040]由上述描述可知，利用鲜莲子本身具有一定的电阻值，设置一与莲子阻值差不多的电阻器分别与刀具和第一夹具串联，利用串联分压;在刀具接触未莲子时，回路处于开路状态，刀具上的电压为电源电压Vcc;当接触到莲子，刀具作为导体和电阻器构成串联，由于电阻器的阻值和莲子的电阻差不多阻值，可知莲子分得的电压位为电源电压的1/2，刀具上的电位也由Vcc变成了Vcc/2。由于刀具上有这样的一个电位变化，单片机便可依据电位变化，判断刀具是否接触到莲子，进而通过切割驱动装置控制刀具的进给精度。
[0041]进一步的，所述感应控制电路还包括A/D转换器，所述刀具通过所述A/D转换器与所述单片机连接。
[0042]由上述描述可知，通过A/D转换器能够将模拟的电位变化转变为数字信号，方便单片机的处理，同时提高信号传输精度。
[0043]进一步的，所述旋转驱动装置包括第一步进电机、导杆、导杆支座以及旋转手臂；所述导杆套设在所述导杆支座内，所述导杆可相对所述导杆支座做旋转运动和直线运动；所述导杆的一端与所述第一步进电机驱动连接，另一端通过所述旋转手臂与第二夹具连接。
[0044]进一步的，所述旋转驱动装置还包括旋转手臂，所述旋转手臂的一端与所述第二夹具连接，另一端与所述导杆连接。
[0045]由上述描述可知，旋转手臂连接的第二夹具为主动，第一夹具为从动，通过第一步进电机控制导杆直线进给，直至将莲子的两端分别固定在第一夹具和第二夹具之间；当完成莲子外壳的切割工作后，感应控制电路将控制第一步进电机启动，第一步进电机驱动导杆在导杆支座内做直线运动，莲子夹紧之后，通过内部电机驱动旋转手臂做旋转运动，旋转方向与切割过程中的转向相反，使第一夹具与第二夹具之间构成反向作用力，从而使莲仁和莲壳剥离。
[0046]进一步的，所述导杆的一端与所述第一步进电机之间齿轮驱动连接。
[0047]由上述描述可知，齿轮驱动方式能够精准控制第二夹具的进给量。
[0048]进一步的，所述固定机构还包括固定支架和棘轮机构，所述棘轮机构设有棘轮的一端与所述固定支架连接，所述棘轮机构的另一端与所述第一夹具连接。
[0049]由上述描述可知，第一夹具在切割过程中能够沿着棘轮的顺方向转动，与第二夹具同向旋转配合，实现外壳切割;在外壳剥离过程，由于第一夹具与棘轮机构连接，无法逆向转动，因此，当第二夹具方向旋转时，将与第一夹具之间产生反向作用力，实现莲仁与莲壳的无损剥离。
[0050]进一步的，所述切割驱动装置包括第二步进电机、齿条、齿条导轨以及齿轮;所述齿条的一端与所述刀具固定连接;所述齿条设置在所述齿条导轨内；所述齿轮与所述齿条配合设置，所述齿轮与所述第二步进电机驱动连接。
[0051]由上述描述可知，第二步进电机与刀具之间以齿轮方式配合，方便精准掌握刀具的进给量，同时连接结构也较为简单。
[0052]进一步的，所述齿条导轨的延伸方向与所述第一夹具和第二夹具之间连线的延伸方向相垂直。
[0053]由上述描述可知，能够保证刀具对准被切割莲子的最大短径所在截面，实现精准切割。
[0054]进一步的，所述第一夹具和第二夹具相对的一面分别设有与莲子的两个端面大小相适配的凹槽;所述凹槽的深度小于莲子的二分之一最大长轴直径。
[0055]进一步的，所述第一夹具和第二夹具为开口相对的碗状结构，碗口直径小于莲子的最大短轴直径。
[0056]由上述描述可知，依据莲子的形状设置莲子的固定位为凹槽或者碗状结构，同时留有切割位;实现对莲子的牢固固定，防止切割过程以及壳体剥离过程中发生位移。
[0057]进一步的，所述切割刀口位于所述第一夹具和第二夹具之间间隙的二分之一处，且设置在所述第一夹具和第二夹具外侧。
[0058]由上述可知，将切割刀口对准莲子的最大短径所在截面，使后续莲壳与莲仁分离时能够受力均匀，完整剥离。
[0059]实施例一
[0060]请参照图1至图4，本实用新型提供一自适应莲子剥壳设备，用于对不同地区不同品种的莲子的统一剥壳加工。
[0061 ]设备包括固定机构1、切割机构2以及感应控制电路；
[0062]所述固定机构I包括第一夹具装置和第二夹具装置;第一夹具装置为从动，第二夹具装置为主动；
[0063]第一夹具装置包括第一夹具3、固定支架12和棘轮机构13，所述棘轮机构13设有棘轮的一端与所述固定支架12连接，所述棘轮机构13的另一端与所述第一夹具3连接。所述棘轮为一种外缘或内缘上具有刚性齿形表面或摩擦表面的齿轮，手臂与棘轮之间通过动爪连接，动爪只能沿着棘轮的一个方向前进，而不能倒退，因此，与棘轮机构连接的第一夹具3具有单向转动性。
[0064]第二夹具装置包括第二夹具4以及旋转手臂11，所述旋转驱动装置5与所述第二夹具4驱动连接，用于驱动第二夹具4直线前进以及双向旋转；具体的，所述旋转驱动装置5包括第一步进电机8、导杆9、导杆支座10以及旋转手臂11;所述导杆9套设在所述导杆支座10内，所述导杆9可相对所述导杆支座10做直线运动，之后，旋转手臂带动莲子做旋转运动;所述导杆9的一端与所述第一步进电机8驱动连接，另一端通过所述旋转手臂11与第二夹具4连接;优选的，所述导杆9的一端与所述第一步进电机8之间齿轮驱动连接。
[0065]所述第一夹具3与第二夹具4相对设置且相互之间间隔一定距离，用于安置莲子19;第一夹具装置的位置固定，第二夹具4在第一步进电机8的驱动下，由导杆9直线推进，直至与第一夹具3配合固定住莲子19的两个尖端。
[0066]优选的，所述第一夹具3和第二夹具4相对的一面分别设有与莲子19的两个端面大小相适配的凹槽;所述凹槽的深度小于莲子的二分之一最大长轴直径。或者，还可以将所述第一夹具3和第二夹具4设计为开口相对的碗状结构18，碗口直径小于莲子的最大短轴直径。能够留出莲子的最大短径所在截面，方便刀具6的切割。
[0067]所述切割机构2包括刀具6以及切割驱动装置7;所述切割驱动装置7与刀具6驱动连接，用于驱动刀具；所述刀具6的切割刀口与所述第一夹具3与第二夹具4之间的间隙相对，能够在切割驱动装置7的驱动下在第一夹具3和第二夹具4之间做切割动作；
[0068]优选的，所述切割驱动装置7与刀具6之间以齿轮方式配合;所述切割驱动装置7包括第二步进电机14、齿条15、齿条导轨16以及齿轮17;所述齿条15的一端与所述刀具6固定连接;所述齿条15设置在所述齿条导轨16内；所述齿轮17与所述齿条15配合设置，所述齿轮17与所述第二步进电机14驱动连接。在第二步进电机14的驱动控制下，齿条15前进，齿条15前端的刀具6同步前进，直至接触到莲子19，刀具保持不动，通过第一夹具3和第二夹具4之间的同向旋转配合，实现对莲子19壳体的切割。
[0069]优选的，所述齿条导轨16的延伸方向与所述第一夹具3和第二夹具4之间连线的延伸方向相垂直;所述刀具6的切割刀口位于所述第一夹具3和第二夹具4之间间隙的二分之一处，且设置在所述第一夹具3和第二夹具4外侧。将切割刀口对准莲子的最大短径所在截面，能够沿莲子宽度方向的对称线切割莲子的外壳，方便后续对半剥离莲壳的时候能够受力均匀，保证莲仁不受损，同时提高莲壳剥离效率。
[0070]为了实现自适应各种不同规格的莲子，并能够精准控制刀具的切割深度，本实施例的莲子剥壳设备设置有感应控制电路。所述感应控制电路包括电源、电阻器R1、单片机20以及A/D转换器21;电阻器Rl的阻值与一个鲜莲子的电阻值相当，其一端连接电源，另一端分别连接刀具6、以及A/D转换器21，所述A/D转换器21分别与单片机20和第二夹具4连接;所述单片机20还与切割驱动装置7以及旋转驱动装置5连接;同时，第二夹具4接地或接电源负极。
[0071]由于待剥壳的莲子为鲜莲子，含有较高的水分，因此，莲子具有可导电性。利用莲子的导电性，当刀具6刺入夹设在第一夹具3和第二夹具4之间的莲子19后，原先处于开路状态的感应控制电路导通，由刀具6、莲子19、切割驱动装置7、第二夹具4、旋转驱动装置5、A/D转换器21以及单片机20构成导通的复合回路。回路导通后，A/D转换器21将接收感应信号，即导通信号，然后控制切割驱动装置停止动作，利用单片机20的指令延时，此时刀具6刚好刺入莲子内部约1/3，差不多0.3-0.5mm的深度，刚好能够实现对莲子坚韧部分的切割，同时控制第二夹具4旋转一周，从动的第一夹具3将配合第一夹具3带动莲子19旋转一周，实现莲壳的切割工作。而后，再次通过感应控制装置控制第二夹具4方向旋转，利用第一夹具3和第二夹具4对莲子19的摩擦力以及反向作用力，使壳体内部三分之二的脆性部分开裂，与莲仁分离，完成莲子的剥壳操作。
[0072]本实施例的工作原理:
[0073]测量批量新鲜莲子的电阻，获取一颗常规莲子的电阻值范围。采用串联分压的方式，在电源与刀具之间串联一个与一颗常规莲子阻值相当的电阻器R1。将莲子初步固定于第一夹具和第二夹具之间;通过单片机启动第一步进电机，第一夹具通过固定支架固定，第一步进电机控制导杆前进，导杆进行直线进给，直至第二夹具和第一夹具分别固定住鲜莲子的两个尖端，使鲜莲子最大短径所在截面对准刀具的切割刀口。由于第二夹具连接的是棘轮机构，具有单向旋转性，因此，第一夹具装置为从动，第二夹具装置为主动;在莲壳切割过程中，控制第一夹具与第二夹具同向旋转。在刀具未接触莲子之前，刀具、电阻器、第二夹具之间处于开路状态，刀具上的电压位电源电压Vcc;当刀具接触到鲜莲子后，刀具作为导体和电阻Rl构成串联，刀具、莲子、切割驱动装置、第二夹具、旋转驱动装置以及感应控制电路之间将构成导通的复合回路；回路导通后，由于电阻器Rl的阻值和莲子的电阻差不多阻值，可知莲子分得的电压位是电源电压的1/2，刀具上的电压位也由Vcc变成了Vcc/2;由于刀具上具有这样的一个电位变化，能够通过A/D转换器读取电位变化，然后将其转化为数字信号，发送给单片机;单片机以此判断刀具是否接触到莲子。具体的，当单片机接收信号后，控制第一步进电机来实现刀具的精准切割量;切割完毕后，再次控制第二步进电机驱动第二夹具相对第一夹反向旋转；由于夹具反向旋转且装夹处具有的一定摩擦力，被切开一定深度的莲子外壳在一对反向作用力下被剥开，从而实现多工位自适应精准莲子剥壳。
[0074]综上所述，本实用新型提供的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，结构简单，通用性高，能够适应不同形状品种的莲子；自动化程度高，能够实现自动化剥壳;进一步的，作业效果理想，净壳率高;进一步的，剥壳后莲子的损伤率极低，能够实现无损剥壳，保证莲子的品质，能够更好的满足莲子加工产业的要求，有利于推广使用。
[0075]以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，包括固定机构、切割机构以及感应控制电路； 所述固定机构包括第一夹具、第二夹具以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与所述第二夹具驱动连接，所述第一夹具与第二夹具相对设置且相互之间间隔一定距离； 所述切割机构包括刀具以及切割驱动装置;所述切割驱动装置与刀具驱动连接，所述刀具的切割刀口与所述第一夹具与第二夹具之间的间隙相对； 所述感应控制电路包括电源以及单片机;所述电源分别连接刀具、第一夹具以及单片机，所述单片机还与切割驱动装置以及旋转驱动装置连接。2.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述感应控制电路还包括电阻器，所述电源通过所述电阻器连接刀具、第一夹具和单片机。3.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述感应控制电路还包括A/D转换器，所述刀具通过所述A/D转换器与所述单片机连接。4.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述旋转驱动装置包括第一步进电机、导杆、导杆支座以及旋转手臂；所述导杆套设在所述导杆支座内，所述导杆可相对所述导杆支座做旋转运动和直线运动;所述导杆的一端与所述第一步进电机驱动连接，另一端通过所述旋转手臂与第二夹具连接。5.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述固定机构还包括固定支架和棘轮机构，所述棘轮机构设有棘轮的一端与所述固定支架连接，所述棘轮机构的另一端与所述第一夹具连接。6.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述切割驱动装置包括第二步进电机、齿条、齿条导轨以及齿轮;所述齿条的一端与所述刀具固定连接;所述齿条设置在所述齿条导轨内；所述齿轮与所述齿条配合设置，所述齿轮与所述第二步进电机驱动连接。7.如权利要求6所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述齿条导轨的延伸方向与所述第一夹具和第二夹具之间连线的延伸方向相垂直。8.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述第一夹具和第二夹具相对的一面分别设有与莲子的两个端面大小相适配的凹槽或碗状结构。9.如权利要求1所述的一种自适应莲子剥壳设备的电路结构，其特征在于，所述切割刀口位于所述第一夹具和第二夹具之间间隙的二分之一处，且设置在所述第一夹具和第二夹具外侧。
【文档编号】G05B19/042GK205679943SQ201620489081
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月26日 公开号201620489081.0, CN 201620489081, CN 205679943 U, CN 205679943U, CN-U-205679943, CN201620489081, CN201620489081.0, CN205679943 U, CN205679943U
【发明人】邹剑霆, 吴伟杰, 张俊, 梁诗华, 林毅鑫, 范泽泽, 何金成
【申请人】福建农林大学