智能鸡蛋拾取机的设计

张志伟,奚鹏飞,翁元法,王呈敏

本文设计的智能鸡蛋拾取机考虑到了市场上自动拾蛋机的高成本、人工拾取对这些实际问题非常不便。根据需要选择主要部件，使用PLC控制伺服系统、称重系统和传感器。其中拾取部分采用真空吸盘加滑台组的形式将鸡蛋拾取，经过称重后，鸡蛋通过三轴伺服电机准确送入蛋筐。新型自动捡蛋机不仅节省了空间，而且降低了智能鸡蛋拾取机的成本，使其价格低廉，可广为推广。

关键词：自动捡蛋机  真空吸盘  伺服电机  小巧轻便

智能鸡蛋拾取机集取蛋、称重为一体，节省人工成本。该机采用多个伺服电机大大提高了整个机械系统的精准度，并采用plc控制，提高了系统的稳定性，便于组装和维护。拾取系统中采用真空吸盘吸附装置，与传统的履带式运输相比，减少了磨损，延长了使用寿命。从长远来看，它节省了使用成本。同时，该机体积相对较小，节约了机器成本，使空间利用率更高，并且场地适用广泛，控制简单，符合国内大多数蛋鸡养殖场的要求。从长远来看，本文设计的鸡蛋自动拾取机可以为养殖户提供一种新的选择，促进生产力的发展。为我国智能取蛋设备的发展增添动力。

一、伺服电机的选型

为了保证本设计中伺服电机的运动控制始终保持高精度，选用松下伺服交流电机。伺服电机根据电源类型可分为直流伺服电机和交流伺服电机。交流伺服电机按性质可分为同步伺服电机和感应伺服电机。根据其惯量特性又可分为三种：第一类为高惯量伺服电机，第二类为中惯量伺服电机，第三类为低惯量伺服电机。为了保证在伺服电机控制下物体运动的高度稳定性和高精度，本设计选择了低惯量、高分辨率的永磁交流伺服电机。它不仅具有突出的稳定性，而且具有着低惯量高效率的特点，初步确定为MSMD-02-2G1A型号的低惯量伺服电机。

二、真空吸盘的选型

在移动过程中，首先要考虑吸盘吸附鸡蛋时对鸡蛋的冲击力。从鸡蛋安全的角度来看，波纹型真空吸盘对物体的缓冲性优于其他吸盘。可以大大减少鸡蛋在吸附过程和运输过程中的冲击，所以本设计采用波纹型真空吸盘来吸附鸡蛋。

根据机械设计要求，对于鸡蛋等轻质物品，采用吸盘垂直起吊时的计算公式来计算结果。选择一种其盘径为20mm，孔径为10mm的真空吸盘。

三、电磁阀的选型

本系统电磁阀的作用是保证当真空吸盘被 XZ 轴滚珠丝杆机构的牵引拉动到一个鸡蛋上方预定位置并开始与鸡蛋接触时，控制一个电磁阀，使其在真空吸附的气路保持畅通并吸入整个鸡蛋；当鸡蛋到达传送机构上预定的位置时，控制传感器的电磁阀会破坏传感器的真空通道，使鸡蛋和真空吸盘分离。这就要求电磁阀在真空的条件下可以有效地开启和关闭气路，因此气动控制选用直动式电磁阀。

四、plc称重模块的选型

通过对有关电阻应变型压力传感器的理解，发现其工作原理是基于电阻应变片悬臂梁这类弹性体在各种外力作用下产生的弹性变形，从而促使黏附在它们内表的电阻应变片也会伴随着其发生变形。应变片的电阻值会随着其变形而增大或减小，然后通过相应的检测电路改变此时的电阻值，并转换为等效于电压或电流的信号。本设计选用的称重模块采用量程为 1kg ，分辨率为0.1g 的高频电阻应变型压力传感器N430，对鸡蛋数据进行称重,输出信号为0-5mV的模拟电压信号，将产生的电压信号送入西门子S7200-CPU224XP模块的模拟量模块进行处理，分辨率为12.5uV，其可以满足称重精度的要求。

五、传感器的选型

由于待检测物体为鸡蛋，其为非金属且检测距离较短，因此本实施例采用电容式接近传感器。电容式接近传感器也是具有可切换输出的位置发送器，它的感应头通常是一个电容极板，另一个极板是物体本身。当物体移动到接近开关上时，物体和开关旁边的电路开关的介电常数也随之发生变化，改变与接近传感器直接交互连接的开关的电路，在其操作过程中自然会发生变化,从而可以操作开关。根据实际情况和现实需求，本设计采用了SICK公司的电容式接近传感器CM系列，类型为CM18-12NPP-EW1。

六、鸡蛋自动拾取机称重结构的具体分析

与同类设计相比，本设计的智能鸡蛋拾取机最大不同在于增加了鸡蛋称重环节，让养殖户不用担心最后的人工称重。由于传感器由PLC控制，固选用N430型号电阻应变式压力传感器。其称重部分结构如图所示。它由三个部分组成：第一部分是承接鸡蛋的普通托盘，第二部分是应变电阻压力传感器，第三部分是承载传感器的底板。放置鸡蛋的托盘由塑料制成。在电阻应变式压力传感器的上方有一个托盘，用螺丝固定。压力传感器的一端悬空，另一端必须完全用螺丝固定在底部的支撑板上。

七、鸡蛋自动拾取机传输结构的具体分析

鸡蛋经过称重机构称重后，由滑道传送到XYZ三轴运输机构。三轴运输机构由三组滑台和升降机构组成。Z轴上装有升降机构，可将鸡蛋从高处移至低处，并在滑台组的控制下将鸡蛋分配到蛋篮中。当鸡蛋达到其表称重量时，停止装入篮子。重新装入空篮子，并开始新一轮的鸡蛋装篮。

国内的蛋鸡行业总体上稳步发展，大有可为。养殖场的发展越来越专业化，市场上有多种类型的自动捡蛋机，本文开发的智能鸡蛋拾取机更便于在狭小空间内自动集蛋，可以满足大部分空间场所的需求且节约制造成本。

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作者简介：

姓名：张志伟，性别：男，民族：汉，籍贯：山东省济南市钢城区辛庄镇

出生年月：1998年11月14号，学历：本科