海带打结机构设计开题报告

1. 研究目的与意义

海带是非常普通常见的海产品，有极高的营养价值和美味的口感，近些年来，无论是海带的养殖面积还是产量都在不断增长，无论是做凉菜还是海带结煲汤、做火锅都十分美味，它逐渐成为人们餐桌上的一道家常菜。它可以加工成多种产品，根部较厚的部分用于海带卷的生产，较薄的尾部和边缘处用于海带丝的生产，而中间厚度较均匀的部分则主要用于海带结的生产。

为什么要海带打结呢？一是有利于海带中碘的保存。二是由于海带表面光滑，在吃的时候不易夹起来。还有一个更重要的原因是因为海带浸泡后要晒干，未打结的干海带易于折断，而通过打结后就更便于运输和存储过程中保证海带的完整性了。

但是目前为止，仍然没有可靠高效的海带打结机构，大量的海带结都由人手工完成，效率低下且浪费了大量的人力物力资源，也增加了生产成本。目前国内外对于海带打结已经有了很多的研究，但仍没有实现完全精确的流水作业，未能达到产业化生产的要求，如今对于精确高效的海带打结机构的研究已经迫在眉睫。

2. 课题关键问题和重难点

根据调查，预期生产海带结所用的海带条为经过海带切条机加工的长为1500mm、宽为18mm、厚为0.5~1.5mm的一条条长长的海带条，而预计的海带结长度约为120 mm。

完成对海带大批量流水线的打结工作共有四个关键步骤：传送、夹持、打结、切断。只有四个步骤相互配合、动作流畅，才能达到大批量生产海带结的效果。

在这四个步骤当中，关键点在于打结的部分。海带需要的是一级结，形成一个结又分为三个步骤：形成绳环、穿过绳环、拉紧。解决这个部分就是完成本课题的关键所在，也同样是本课题的难点。在完成打结动作的同时，还要控制形成结的位置，尽量与预期长度保持一致。同时，海带本身的特点：光滑、有褶皱、厚度不均也给这个动作带来了不小的难度。

3. 国内外研究现状（文献综述）

海产品加工机械在市场中应用较多，如海带切丝机、海带切条机等，然而至今没发现海带打结机在市场上的应用。海带自动打结是世界范围内的难点和热点问题，山东大学、中国海洋大学和日本的一些高校都投入了一定的人力和物力进行海带打结设备的研究，均没有取得突破性的进展，海带打结技术的研究将为最终实现海带打结的智能化自动生产奠定必不可少的技术基础。海带自动打结机在世界上尚属首例，国内外尚无海带打结机械化装备的产品和进行海带打结设备研制的报道。就海带打结机的打结方法而言，相似的可以参考稻草打捆机捆草方法、票据自动捆扎机捆扎票据方法、外科手术机器人缝合线打结方法等，可以从中获取一定的知识。虽然都是打结，在原理上还是有很大不同的，能借鉴的东西基本很少。因此，海带打结原理的研究将是极具创新性的，并且用数学拓扑语言将其严格的表述出来将是很有理论价值的。

在国外，关于打结器方面的研究，最初由美国的mecortale公司与deering公司研造，经过多次的改进后，形成了现在的mecortale打结机构与deering打结机构，在国际上得到了广泛的应用。目前国外打结器的技术相对比较完善的产品是weleger ap-530打结器和凯斯8545打结器。weleger ap-530打结器的夹绳器和打结嘴不是同轴的，夹绳器采用锥形结构，并且可以通过弹簧调节夹绳压力，但其磨损面积大且夹绳受力不是对称分布，其使用寿命相对较短。凯斯8545打结器的夹绳器采用了盘形凹槽结构，其中打结嘴与夹绳器同轴转动。但是由于盘形凹槽结构对绳子的粗细适应性降低，导致绳子太粗则无法进入夹绳器凹槽，绳子太细则夹持不住。目前国际上比较流行的打结器是德国arsspe公司生产的d型打结器。而对于外科结的打结器研究也十分深入，为了降低机器人实施缝合打结的难度，hyosig kang and john t. wen设计了一种新型的机器人系统endo bot系统，该系统包括一对 endo bot，其中一个端部有夹持工具，另一个有穿刺工具，都采用电机驱动。夹持工具有开合功能，穿刺工具有两个鄂，都可以锁住缝合针。通过踏板可控制针在两个鄂间传递。在国外对于打结的研究，尤其是农用打捆机和手术用外科结的研究都十分先进。相比较而言，在国内，关于打结这方面的研究起步较晚，成果也不十分丰硕。

纵观国内外对于打结技术的研究方法，都普遍应用了数学建模的方式。应用一套可靠的数学建模方法建立机构的数学模型，才能够对海带打结机构的运动及动态特性做逼真的计算机仿真。建立海带条的数学模型，分析海带条在打结过程中不同阶段的形状，可以对方案设计和机构设计提供很大的帮助。针对基于人手协调打结的自动海带打结机，王瑞鑫应用拓扑学曲带纽结理论中曲带稳定的条件即缠绕数等于连接数和扭转数之和解释了打结机打结原理。针对基于螺旋夹爪打结的自动海带打结机，王宇锐用海带条的边线来代替整根海带条，使用悬链线的形状来模拟海带线打结过程中在所受约束及外载下的形状，通过研究打结过程中海带线形状的变化证明了该打结方法的正确性与合理性。汪妙强通过分析船舶抛锚时，抛出锚链的受力状态，建立了其相应的悬链线方程。针对所建立的悬链线方程计算麻烦的问题，提出了一种在特定条件下用抛物线方程近似表示悬链线方程，从而对方程进行求解的新方法，并通过实验证明此方法简便有效。

4. 研究方案

根据调研得出，生产海带结所用的海带条为经过海带切条机加工的长为1500mm、宽为18mm、厚为0.5~1.5mm的一条条长长的海带条，基于此条件，在研究了大量的现有方案之后提出了几种适合本课题和能够达到预期目标的设计方案，关于对海带打结的控制方案描述如下。

为了使预期目标更为清晰，从而能够更好的的分析和解决对海带打结的动作，我们将它分为了下面三个步骤：

1)形成绳环

5. 工作计划

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至毕业设计管理系统。完成总体方案设计。