中圖分類號：TS156 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2025）07-0001-11

纖維薄片因具有柔軟和輕薄等特性，以及具有生產速度快、產量高、成本低、原料來源廣泛等特點，在紡織服裝、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)生產和日常生活中得到了廣泛應用[。然而，也正是由于纖維薄片的柔軟和輕薄性，而使得其難以精準快速分離。為滿足自動化設備的需求，國內外學者先后研發(fā)出了氣流式吸附分離法[2]、摩擦分離法[3]、靜電分離法[4]、氣流誘導法[5]、針刺吸盤分離法[6]和機械手抓取法[7]等多種分離方法。其中，針刺吸盤抓取分離法、機械手抓取分離法、氣流式吸附分離法和靜電吸附分離法在織造布單張分離中應用較為廣泛。在使用機械手抓取和針刺吸盤法進行分離時，可靠性較高，但容易導致纖維薄片結構的損壞，無法保證無損分離；氣流式吸附分離法在分離過程中不直接與分離物質接觸，能夠避免污染和損傷，但在分離輕薄、柔軟且易變形的纖維薄片時，容易一次性吸附多張薄片，影響其精準性和可靠性；靜電分離法具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點，但對環(huán)境要求較高，在分離纖維薄片時需要較高電壓，且當電極間距過小時，容易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，難以實現(xiàn)無損且穩(wěn)定的分離效果。摩擦分離法和氣流誘導分離法主要用于印刷和金融類設備中紙質薄片的單張分離。摩擦分離法結構簡單，可靠性高，而且對紙質薄片損傷較小，但能耗較高且適用性有限；氣流誘導分離法在分離具有一定硬度的紙質薄片時，可靠性和分離效率較高。但對于較柔軟的薄片，氣流可能導致多張薄片同時被分離，無法實現(xiàn)精準的單張分離。而針對堆疊無紡布自動化單張分離的研究主要集中在人工單張分離后的抓取路徑和算法的優(yōu)化上，對于堆垛狀態(tài)下無紡布的單張分離仍需依靠人工操作，目前尚缺乏精準、高效、無損的自動化分離技術。

根據(jù)其生產工藝和結構不同，纖維薄片可分為織造布、無紡布（非織造布）和紙張3大類。本文對纖維薄片精準分離的研究成果進行綜述，重點分析各類纖維薄片分離技術的原理及其特點，梳理當前分離技術的研究進展與應用現(xiàn)狀，最后探討單張分離技術面臨的主要困難及其未來發(fā)展方向，為今后的研究提供參考。

1 織造布的單張分離

織造布是通過纖維在紡織工藝中交織、編織或連接而形成的材料?？椩觳家蚱渚哂卸鄻有?、耐用性和可塑性，廣泛應用于各個領域，尤其在服裝面料領域中，成為最常見的應用之一。根據(jù)原理的不同，可進一步分為氣流式吸附分離、靜電分離、機械手抓取分離和針刺吸盤分離。

1. 1 氣流式分離

氣流式分離是一種在操造作過程中不直接與分離物質接觸的分離方法。這種方法能夠避免對分離物質的污染和損傷，保持了物質的原有特性，提高生產效率、減少人工干預以及能夠實現(xiàn)連續(xù)操作等[8-9]。根據(jù)吸附原理，織造布的吸附可分為伯努利吸附和柯恩達吸附。

1. 1. 1 伯努利吸附分離

伯努利原理是指在流體（包括氣體和液體）流動中，流速增加會導致流體壓力下降，反之，流速減慢則壓力增加，在吸盤與物體之間形成低壓區(qū)域，從而產生吸附力。如圖1所示，通過高壓氣泵使得氣體從伯努利吸盤上方的進氣口流入，從下方的噴嘴噴出，因流入的為高壓氣體，因此在下方噴嘴處氣體將快速噴出，由伯努利效應形成負壓氣場將面料吸附分離[10]。

圖1伯努利吸盤工作原理[10]

Fig.1Working principle of Bernoulli suction cups[10

Ozcelik等[11]通過伯努利吸盤非接觸吸附對面料轉移試驗，發(fā)現(xiàn)了噴嘴處放置一個圓錐形擋板能夠使氣流方向發(fā)生改變，高速氣流對面料的沖擊力變弱，從而提高吸附穩(wěn)定性。馬梓鴻等[12]探討了利用伯努利吸盤對面料堆垛分層的可行性，并基于面料柔軟、透氣等特性構建了面料堆垛多孔介質模型和伯努利非接觸式堆垛分層吸附力理論模型。為驗證該模型的有效性和非接觸式吸附系統(tǒng)的可靠性，進行了面料堆垛分層吸附試驗，結果如圖2所示。根據(jù)模型計算所得出的工藝參數(shù)，在實現(xiàn)面料堆垛的分層吸附過程中，成功率高達 93% ，充分表明所構建的吸附工藝模型與系統(tǒng)具備高度的有效性和可靠性。

圖2 面料堆垛分層吸附試驗[12]

Fig.2Fabric stack layered adsorption test[12]

楊鑫等[13]針對非接觸拾取面料時，易出現(xiàn)吸附不穩(wěn)定、掉落和不易分層等現(xiàn)象的問題，探究面料透氣性對吸附效果的影響。研究中將面料等效成多孔介質，基于ALE方法建立結構場與流場相互作用的流固耦合數(shù)學模型、面料非接觸吸附幾何模型和網(wǎng)格劃分。如圖3所示，為驗證模型，搭建了非接觸拾取試驗臺。研究結果顯示，面料透氣率提升，其吸附能力呈下降趨勢。該研究成果為后續(xù)針對面料非接觸吸附過程中進氣壓力變量的精確調控提供了重要的理論依據(jù)與指導方向。

采用伯努利原理設計的吸盤，在處理如面料、皮革、半導體硅片及大型食品等重物或硬質材料的吸附與轉移時展現(xiàn)出良好的效能，然而，在吸附并分離輕薄、柔軟且易變形的纖維薄片時，其精準性和可靠性會受到挑戰(zhàn)，難以確保每次操作都能達到精確無誤的效果。這主要是因為輕薄織物的物理特性，如柔軟度、易褶皺及低剛度，使得對吸盤產生的吸附力更為敏感和復雜，從而增加了操作的不確定性。伯努利吸附分離技術的未來發(fā)展方向應是開發(fā)具有自適應能力的智能控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)被吸附物體的特性和工作環(huán)境的變化自動調整吸附參數(shù)，引入機器視覺和人工智能技術，實現(xiàn)被吸附物體的自動識別、定位和跟蹤等。

圖3 面料非接觸拾取試驗[13]

1. 1.2 柯恩達吸附分離

柯恩達效應是一種流體力學現(xiàn)象。當流體遇到凸出的物體表面時，流動方向會發(fā)生偏轉，轉而沿著物體表面流動。通過這一現(xiàn)象，流體可以將物體表面上的物品牢牢吸附，利用大氣壓強將其緊貼吸盤，從而實現(xiàn)物品的抓取與分離。

劉漢邦等[14]探討了基于柯恩達機理的非接觸式吸盤上帶有氣流導向孔對吸附性能的影響。如圖4所示，初級氣流從節(jié)能裝置入口進入儲氣腔，形成射流并沿擴散管內壁流動，在喉部產生低壓區(qū)，吸引周圍氣體進入，次級氣流是初級氣流的2～10倍，混合后的氣流一起進入非接觸夾持器，在夾持器底部產生更強的負壓，從而抓取服裝面料。并對服裝面料進行吸附性能試驗，結果表明，帶有氣流導向孔的末端執(zhí)行器使氣流干擾面積降低了 95% 以上，使得在相同供給氣流的情況下，末端執(zhí)行器提升 15% ～20% 左右的吸附能力。重量越輕，透氣量越小，對服裝面料的抓取效果越好。

Fig.3Fabric non-contact pickup test[13]

圖4基于柯恩達機理非接觸式吸盤[14]

Fig.4Non-contact suction cup based on the Coanda ffect[14]

基于柯恩達效應制作的吸盤主要適用于面料厚度在 0.2mm 以上，重量較輕，透氣量較小的服裝面料的抓取。無接觸式吸附有一個很好的優(yōu)點是對于抓取物體表面不會有任何損傷，但對于更加輕薄的纖維薄片的抓取過程中如果吸附力過小，會導致纖維薄片途中滑落，吸附力過大，很容易抓取多張。柯恩達吸附分離技術具有廣闊的應用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?，未來發(fā)展趨勢應是利用先進的計算流體動力學技術，對流體在復雜表面上的流動進行精確模擬和優(yōu)化設計，提高設備的穩(wěn)定性和可靠性，研發(fā)更加環(huán)保、節(jié)能的柯恩達吸附分離技術。

1. 2 靜電分離法

靜電分離法是指通過靜電發(fā)生器產生靜電并施加到需要抓取的物體上，當靜電力或靜電力產生的摩擦力大于被抓取物重力時，可以實現(xiàn)物體的分離在研究服裝面料等織物的靜電吸附時，通常采用雙極型靜電吸附。分離原理如圖5所示，吸附電極由兩片薄金屬片組成，中間有一層絕緣層，以確保電極與被吸附物體表面之間的絕緣[15]。工作時，電極兩面會在高壓靜電發(fā)生器的作用下產生相等且極性相反的電荷，形成電場。電場作用下，電荷在物體表面產生極化，異性電荷相吸，實現(xiàn)吸附。

圖5 雙極型靜電吸附原理[15]

黨帥等[16探討了織物參數(shù)和靜電極板參數(shù)對靜電吸附力影響。建立了靜電吸附力模型，通過理論分析結果和仿真結果的對比分析，驗證了靜電吸附力和電極上施加電壓、織物密度、絕緣層介電常數(shù)、絕緣層厚度、極板占空比、電極間距有關。劉立東等[17則針對機器人末端執(zhí)行器在加工過程中抓取轉移面料吸附力不穩(wěn)定問題，對電極板的形狀布置和結構參數(shù)進行了分析優(yōu)化。為驗證優(yōu)化后的靜電極板的吸附性能，制備了優(yōu)化后的靜電吸附電極，制備過程如圖6（a）所示。首先在聚酰亞胺基板上固定一個遮擋板，使用噴涂技術在基板的一面噴涂金屬層，并去除遮擋板，基板翻轉后，使用相同的噴涂方法在另一面噴涂電極，最后，使用加熱金屬滾輪對基板施加壓力，確保金屬電極緊密附著在聚酰亞胺表面，優(yōu)化后的電極板具有更好的抗壓性能。如圖6（b）所示，對優(yōu)化設計結果進行試驗驗證，結果表明，梳狀電極最適合紡織服裝行業(yè)的面料抓取和轉移，優(yōu)化后的靜電板較傳統(tǒng)的電極板相比，吸附力提高了 13% ，使抓取力度得到了很大提升，為解決面料自動抓取和轉移問題提供了新方法。

Fig.5Principle of bipolar electrostatic adsorption[15]

圖6優(yōu)化后的吸附力試驗[17]

Fig.6Test on optimized adsorption force[17]

由于靜電分離法中的靜電吸附力對環(huán)境要求較高，生產工藝復雜、制造成本高，使得靜電吸附技術在化纖和服裝面料等行業(yè)應用較少。而且靜電吸盤的電壓很高，當電極很近時，容易產生擊穿現(xiàn)象。靜電分離法在應用于纖維薄片單張分離時，面臨著極大的技術挑戰(zhàn)，難以實現(xiàn)高效且穩(wěn)定的分離效果。靜電分離法在未來發(fā)展中應更加注重技術優(yōu)化與創(chuàng)新。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術，對靜電分離過程進行優(yōu)化和預測，提高分離效率和穩(wěn)定性。研究靜電分離過程中的能耗和排放問題，提出節(jié)能減排的改進措施。

1.3 機械手抓取分離

機械手抓取分離是通過物理接觸的方式，將堆疊在一起的多個物體逐一分離出來，其工作原理主要基于機械傳動和精密控制。這種分離方式已被應用到各種工業(yè)領域，主要通過采用多種夾持方式和適應不同形狀材料的設計，使其能夠靈活地適應各種需求。近幾年，在服裝行業(yè)中也是各大學者的研究熱點，張蕾等[18]和黃晨靜等[19]采用了神經網(wǎng)絡算法設計出了一種三抓機械手。該機械手采用關節(jié)空間軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃相結合的方式，通過提取織物的幾何特征并根據(jù)抓取的任務要求，實現(xiàn)了對毛巾、布片等柔軟織物進行抓取。

宗澤等[20針對傳統(tǒng)三指機械手存在靈巧性較低、抓取姿態(tài)少且絕大多數(shù)難以獲得較完整觸覺估計的弊端，設計了一種基于滑塊搖桿機構的三指機械手。如圖7所示，他們提出與傳統(tǒng)偏航俯仰型不同的翻滾俯仰型掌指關節(jié)結構，用于手指的屈伸與轉動，可豐富三指機械手的抓取姿態(tài)，提高其靈巧性。實現(xiàn)了對細小物體的抓取，具備較好的靈巧性和較高的實用價值。

Fig.7Three-finger robotic hand[20]

但大多數(shù)機械手只能進行簡單的夾取動作，對于其形狀多變、平展面積大及厚度小的柔軟物并不能有效抓取?；冈吹萚21]和楊一銘[22]等在皮革物理特性的基礎上，提出了一種非規(guī)整幾何圖形柔軟物多指抓取機械手的設計。如圖8所示，該機械手由八爪魚仿生結構和履帶式指尖末端組成，通過八爪魚仿生結構和八邊形繃板的配合實現(xiàn)非規(guī)整幾何圖形柔軟物的繃展功能，這種結構對于柔軟可形變的大件皮革類零件的抓取效果較好。

圖8多指機械手[21]

Fig.8Multi-finger robotic hand[21]

傳統(tǒng)剛性機械手具有較高的精確度和穩(wěn)定性，廣泛用于高強度、重復性的工作。但剛性機械手易對抓取物體表面造成一定的損傷，且自由度有限，影響機械手的靈活性[23-24]。一些學者就將機器人與彈性聚合物結合設計出了軟體機械手，在抓取易損物體時，通過自身材料的被動變形，更好地完成抓取任務。Su等[25]和Liu[26]等探究了軟體機械手逐層分離裁片的影響因素，提出軟體機械手的裁片單點抓取及多點布局抓取模型，解決了輕薄面料落料精度不高的問題;王楠等[27]對軟體機械手逐層抓取織物過程中織物的屈曲形態(tài)變化進行有限元模擬與分析，證明了織物初始屈曲高度與紗線的彈性模量無關，與抓取機構施加的正壓力和機械手設定的初始指間距有一定的關系，從而提升了織物逐層分離的準確率。

柔性機械手在抓取分離時具有高度的柔性，且成本低廉。但對于具有透氣性的皮革和無紡布面料的抓取效果不理想，很容易一次性抓取多層面料，適用于抓取尺寸較大且柔軟的織造布。未來研究應通過對機械手的動力學、運動學以及材料科學的深入研究，設計更為精細、高效的末端執(zhí)行機構，從而確保在分離過程中不會對物品造成任何形式的損傷。同時，通過深度融合計算機視覺技術與人工智能算法，為后續(xù)的精準分離和高可靠性執(zhí)行提供有力的數(shù)據(jù)支持。

1. 4 針刺吸盤抓取

針刺吸盤核心原理不是直接涉及“吸盤”的負壓吸附，而是利用微型突刺對面料進行抓取?？梢钥醋魇轻槾碳夹g與吸附原理的一種結合，但更側重于針刺的機械抓取。針刺吸盤抓取工作原理如圖9所示，通過針刺組件與被吸附物體表面接觸，并利用負壓原理實現(xiàn)吸附的結構設計。當針刺吸盤接近被吸附物體時，氣缸驅動針刺向下運動，使針刺的尖端與被吸附物體表面接觸或輕微刺入。負壓系統(tǒng)與針刺結構相配合，通過產生負壓來增強針刺與被吸附物體之間的吸附力，防止抓取過程中物體滑落或移動。

進氣接頭（控制鋼針伸出）

圖9針刺吸盤抓取原理

針刺吸盤通過其細針狀的剛性桿作為吸附面積，能夠形成較大的摩擦力，從而確保對物體產生穩(wěn)定的吸附力。這種吸附力使得針刺吸盤能夠牢固地固定各種材質和形狀的物體，包括平滑表面、多孔或表面不規(guī)則的物體，如紙張、布料、塑料薄片、玻璃纖維等[28-29]。針刺吸盤在工廠的應用較多，如針刺吸盤對手套、毛毯等大孔徑材料的抓取，在抓取較大孔徑面料時較為穩(wěn)定。Yamazaki等[30和Abe等[31抓取純棉面料的研究中發(fā)現(xiàn)針刺吸盤抓取對于輕薄的面料不適用，因為一方面面料較薄、厚度小，針刺容易刺穿面料從而抓取多張，另一方面針刺吸盤在抓取面料時可能會對面料造成一定的損傷。

針刺吸盤在處理高孔隙率材料時之所以表現(xiàn)出色，是因為其針狀結構能夠輕松插入材料內部的空隙，有效實現(xiàn)抓取，同時這種插人過程對材料的整體結構影響較小，往往可以忽略不計。然而，在應對空隙較小的織造布時，則呈現(xiàn)出顯著的差異性，針刺的介人很可能導致纖維結構發(fā)生不可逆的破壞，這種損傷會直接影響到織造布的使用性能，從而限制了針刺吸盤在此類應用中的適用性。因此在選擇和使用針刺吸盤時，需要根據(jù)面料的材質和工藝要求進行綜合考慮。未來的針刺吸盤應采用更先進的材料，如高強度、高耐磨、耐腐蝕的材料，以提高其使用壽命和性能。優(yōu)化針刺吸盤的結構設計，如采用可調節(jié)的針刺長度、角度、形狀和排列方式等以適應不同厚度和形狀的被吸附物體，提高吸附效率和穩(wěn)定性。

2 紙張的單張分離

纖維是紙張的主要構成成分，特別是棉纖維，為紙張?zhí)峁┝吮匾慕Y構強度、抗皺性和耐用性等特性。這使得紙張在使用過程中不易破損，能夠經受住折疊、揉搓等物理操作。目前應用于紙張的單張分離技術，根據(jù)原理的不同可分為2種：摩擦分離法和氣流誘導分離法。

2.1 摩擦分離法

摩擦分離法主要應用在印刷、點鈔機和金融類設備中（如打印機、復印機和自動存取款機等）對紙幣的單張分離和傳輸[32]。在這些設備中，常用FRR（FeedandReverseRoller）方法和摩擦墊式對紙張分離。FRR方法原理如圖10所示，通過分離輥摩擦分離出第一張紙，然后使用反向輥提供反向力以阻止剩余的紙張被第一張紙張帶走。

Fig.9Grasping principle of needle-punch suction cup

圖10FRR摩擦分離原理[32]

Fig.10 FRR friction separation principle[32]

摩擦墊分離原理如圖11所示，與FRR方式相同，但并非依賴于反向輥來產生制動力，而是運用摩擦墊來實施這一功能，當送紙輥旋轉以輸送紙張時，其摩擦力首先作用于紙張堆的最頂層，引導該紙張向摩擦墊方向移動。隨著頂層紙張的運動，由于紙張間的相互接觸，下層的紙張也會受到一定程度的拖動。然而，摩擦墊與紙張接觸界面具有更高的摩擦力，這一設計確保了只有直接與摩擦墊接觸的頂層紙張能夠完全克服阻力，被成功送出，從而實現(xiàn)精確的分離效果。

圖11摩擦墊摩擦分離原理[33]

王冰等[33]對復印機紙張的進給系統(tǒng)的動力學特性進行了研究，為解決復印機送紙單元“雙張”現(xiàn)象的問題，對復印機紙張分離的方法和原理進行研究，建立了反向輥式紙張分離方法模型，并基于該模型進行數(shù)值模擬，在多體動力學軟件RecurDyn中進行仿真驗證。對紙張在不同速度下的進給動態(tài)變形進行試驗分析。結果表明，紙張的彎曲變形量隨著進給速度的增加而減小，通過調整紙道的出口角度和紙張進給的加速度改變紙張端部的運動位置，保證紙張的準確傳送。提高了復印機進紙單元中紙張分離的可靠性。Kawamoto等[34對靜電復印用紙以及送紙機構進行了力學及有限元方面的分析和研究，提高了靜電復印紙的質量和送紙機構的性能。Yanabe等[35-36]對打印機的送紙機構利用橡膠輪捻出紙張和傳遞紙張進行了一系列的研究，對于提高打印機的送紙效率和穩(wěn)定性具有重要意義。柴德望等[7通過采用修正的庫倫摩擦力模型建立起紙張通過重疊分離機構模型。探討了紙張在通過分離機構的過程中，自身所受變形力的變化，分析了紙張分離的影響因素，并運用Matlab軟件進行了數(shù)值仿真。結果表明，重疊分離機構的交疊量越大，越有利于紙幣分離。剝離輪轉矩和剝離輪摩擦系數(shù)的增加，對單張紙幣通過分離機構延遲越大，而雙張紙幣通過分離機構時，對連張紙幣的抑制作用增強，便于紙幣分離。

摩擦分離法結構簡單，可靠性高，而且對紙幣沒有損傷，所以在印刷和金融自助類設備中應用較為廣泛。但織造布和無紡布較為柔軟且易變性，想要通過摩擦分離法對其進行單張分離，還需要對其結構進行優(yōu)化，設計出適用于柔軟纖維薄片的摩擦分離機構。摩擦分離機構未來應采用先進的表面處理技術，如激光紋理化、微納結構加工等，以改善摩擦表面的性能。引入圖像識別技術和算法，提高紙幣面額、真?zhèn)蔚刃畔⒌淖R別準確率，使用先進的傳感器和控制系統(tǒng)，實時監(jiān)測紙幣的分離狀態(tài)等。

2.2 氣流誘導分離

氣流誘導分離是楊一晨等[38]提出的一種用于紙質標簽分離的技術。其原理是使堆疊標簽在被拾取之前通過對側面施加誘導氣流使之發(fā)生預分離。如圖12所示，由于氣流與堆疊紙質標簽的相互作用，使堆垛紙質標簽之間產生分離縫隙，從而實現(xiàn)了堆疊紙質標簽快速和高可靠性分離，在預分離后通過吸盤對標簽進行吸附分離。

Fig.11Friction separation principle of friction pad[33]

圖12氣流誘導預分離示意圖[38] Fig.12Schematic diagram of airflow-induced pre-separation[38]

研究提出了氣流誘導紙質標簽分離的完整實現(xiàn)方案，并探討了流體壓力、標簽的約束和受力以及標簽的物理特性對標簽分離性能的影響。設計并實現(xiàn)了該方案的標簽分離模塊的詳細構造，隨后完成了其制造流程與調試工作，并將其成功整合至全自動包裝機械系統(tǒng)中。在此基礎上，進一步開展了針對標簽分離功能的試驗測試，測試發(fā)現(xiàn)首張標簽總是優(yōu)先分離，分離時間小于0.1s，分離效率達到3600張/ ，且標簽分離模塊能達到 張的處理效率及 99.9% 的可靠性，驗證了該分離方法的高效率和高可靠性。還測試了四種不同規(guī)格的紙質標簽在氣流誘導作用下的分離效果，表明該紙質標簽分離方法具有廣泛的適應性。

氣流誘導分離法主要適用于有一定硬度的紙質薄片的單張分離。但對具有柔軟特性的織造布和非織造布進行單張分離有一定困難，主要原因是在采用側面氣流進行預分離的過程中，極易因氣流的擾動而發(fā)生非預期的集體位移，導致多張同時被分離，而非理想的逐一分離。此現(xiàn)象不僅破壞了分離過程的精確性，也極大地削弱了薄片在分離過程中的穩(wěn)定性，使得后續(xù)處理步驟的可行性與效率均受到嚴重影響。因此，將此類基于側面氣流預分離的方法應用于柔軟纖維薄片的分離過程，將面臨諸多技術瓶頸與理論挑戰(zhàn)，需要更為精細的氣流控制技術、更優(yōu)化的薄片堆疊結構設計以及更深入的分離機制來加以克服。

3 無紡布的單張分離

無紡布（也稱為非織造布）是一種通過機械、化學或熱處理等方法，將纖維（如短纖維、長纖維或合成纖維）相互連接形成的材料，具有優(yōu)異的阻隔性能和良好的柔韌性，可以輕松地彎曲和卷曲，而不會輕易斷裂。無紡布因其生產工藝的簡便性、靈活性以及多功能性，在眾多領域中展現(xiàn)出了廣泛的應用潛力，這些領域包括過濾技術、油水分離工藝、醫(yī)學研究以及生物技術等[39]。

無紡布由于其獨特的結構特性，如纖維的隨機分布、高柔性和較低的機械強度，常常出現(xiàn)纖維交叉和重疊現(xiàn)象。如圖13所示，化纖濾器中的無紡布過濾膜，具有柔軟、輕薄等特點，但這些特點也使得單張分離變得更加困難。如圖14所示，目前無紡布的單張分離主要依賴人工操作，而在這一過程中，工作人員容易受到工作環(huán)境的影響。尤其是在化纖濾器的表層，通常沉積有硫酸類物質、硫化合物、鋅鹽以及纖維素磺酸鋅等刺激性化學污染物。因此，在進行無紡布過濾膜的人工裝配時，必須采取適當?shù)姆雷o措施，以確保安全。然而，這一過程存在一定的安全風險，且勞動強度較大，效率較低。

圖13無紡布過濾膜

Fig.13Nonwoven filter membranes

圖14無紡布過濾膜人工分離和組裝 Fig.14 Manual separation and assembly of nonwoven filter membranes

李佳偉等[40]將機器視覺和工業(yè)機器人技術應用到了無紡布面膜的分揀，設計并創(chuàng)建了基于Delta機器人的面膜生產自動分揀包裝實驗平臺。通過試驗表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了傳送帶上面膜通過速度在40-80袋/ 時，準確抓取并將面膜放置在指定位置的成功率在 95% 以上的設計目標。王浩等[41]針對高速、高精度的視覺檢測與動態(tài)目標跟蹤算法等關鍵技術對面膜檢測與分揀的實際工程項目展開研究，通過對算法的改進，實現(xiàn)了當傳送帶速度為500mm/s 時，識別率和漏檢率可達 99.83% 和0.2% ，字符識別率高于 99.50% ，且跟蹤精度為0.81mm ，機器人末端對面膜的抓取。兩位學者的研究取得了一定進展，但仍未能實現(xiàn)面膜的全自動化分揀，當前仍需人工將單張面膜隨機分布在傳送帶上，然后再進行后續(xù)的分揀操作。

目前，無紡布的單張分離仍然處于半自動化階段，學者們主要集中于抓取精度和抓取路徑的研究，而對于抓取前堆垛薄片的單張分離問題研究相對較少。未來的研究應聚焦于開發(fā)一種能夠精確分離纖維類柔軟且輕薄堆垛薄片的裝置，以提高自動化程度和分離效率。

4 總結與展望

為更好地探究柔軟纖維薄片的分離技術，本文深入探討了織造布、無紡布和紙質材料的分離方法，并闡述了各類分離技術的優(yōu)缺點及其適用場景。相較于紙張和織造布的單張分離技術的快速發(fā)展，基于無紡布類纖維薄片分離技術的研究尚處于起步階段，其針對性研究則主要聚焦于人工單張分離后抓取路徑和算法的優(yōu)化研究，而對于堆垛狀態(tài)下無紡布的單張分離，相關研究較為匱乏。實際上，在自動化抓取之前，堆垛無紡布的單張分離才是實現(xiàn)全自動化生產的關鍵，未來應致力于開發(fā)針對無紡布這一類柔軟，輕薄材料的高效分離裝置。

鑒于目前纖維薄片單張分離過程中存在的結構損傷、分離精準性和可靠性較低，以及分離效率不足等問題，為實現(xiàn)堆垛纖維薄片高效、精準單張分離，未來應從以下幾個方面進行突破：

a）研發(fā)高效、經濟、可靠性高的分離裝置，促進與機械手的高效結合。推動工作流程從手動向自動化轉變。

b）對分離機構不斷地優(yōu)化，提高纖維薄片單張分離的成功率和精準度。未來，要著重研發(fā)適用范圍更廣的分離機構，不僅要能夠適用于無紡布，還要能夠兼顧其他柔性薄片的單張分離，并盡可能地節(jié)約成本，使其能夠廣泛普及。

c）未來要在纖維薄片實現(xiàn)自動化分離的基礎上，結合圖片識別、機器視覺等人工智能技術，以更加高效、精準的方式接替人類執(zhí)行特定任務，從而優(yōu)化人力資源的利用，讓人力資源能夠更多地投入到創(chuàng)新、決策和復雜問題解決等高價值活動中

參考文獻：

[1］劉漢邦，李新榮，劉立東．服裝面料自動抓取轉移方法的研究進展[J].紡織學報，2021，42（1）：190-196.LIU H B，LI X R，LIU L D.Research progress of automaticgrabbing and transfer methods for garment fabrics[J].Journal ofTextileResearch，2021，42（1）：190-196.

[2]柯達．面料非接觸拾取試驗研究[D]．上海：東華大學，2022.KED.Experimental study on non-contact picking of fabrics[D].Shanghai：Donghua University，2022.

[3］王沖，石航，李亞男．成擦紙張單張高速摩擦分離裝置工作過程分析[J]．機械工程師，2021（3）：95-97.WANG C，SHI H，LI Y N. Working process analysis of the single-sheet high-speed friction separation device for stacks ofpaper[J].Mechanical Engineer，2021（3）：95-97.

[4]SUNB，ZHANG X.A new electrostatic gripper for flexible handling（CASE）．Vancouver，BC，Canada. IEEE，2019：879-884.

[5］賀鑫．堆疊紙質標簽氣流誘導分離方法及其應用［D]．武漢：華中科技大學，2020.HE X.Air-induced separation methodof stacked paper labels and itsapplication[D]. Wuhan： Huazhong University of Science and Tech-nology，2020.

[6]瞿錦程．一種布料抓取裝置：CN209009611U[P].2019-06-21.QUJC.A fabric grabbing device：CN209009611U[P]. 2019-06-21.

[7] OZCELIK B，ERZINCANLI F. A non-contact end-effector for thehandling of garments[J]. Robotica，2002，20（4）： 447-450.

[8］王建萍，沈津竹，姚曉鳳，等．服裝裁片自動抓取技術及其布局方法的研究進展[J]．紡織學報，2024，45（6）：227-234.WANG JP，SHEN J Z，YAO X F，et al. Review on automaticgrasping technology and arrangement methods for garment patternpieces[J]. Journal of Textile Research，2024，45（6）： 227-234.

[9]DINI G，F(xiàn)ANTONI G，F(xiàn)AILLIF.Grasping leatherplies bybernoulli grippers[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology，2009，58（1）： 21-24.

[10］徐屹.基于深度學習的非接觸式抓取動力學系統(tǒng)建模方法[D]．杭州：杭州電子科技大學，2023.XU Y. Modeling method of non-contact grasping dynamic systembasedondeplearing[D].Hangzhou： Hangzhou Dianzi University，2023.

[11] OZCELIK B， ERZINCANLI F. Examination of the movement of awoven fabric in the horizontal direction using a non-contact end-efector[J].The International Journal ofAdvanced ManufacturingTechnology，2005，25（5）： 527-532.

[12］馬梓鴻，陳慧敏，丁孟孟，等．面料堆垛非接觸式分層吸附工藝模型與系統(tǒng)構建[J]．紡織學報，2024，45（5）：209-217.MA Z H，CHEN H M， DING M M，et al. Model and systemconstruction of non-contact fabric stack separation[J]. Journal ofTextile Research，2024，45（5）： 209-217.

[13］楊鑫，陳慧敏，柯達，等．基于ALE方法研究面料透氣性對非接觸吸附效果的影響[J]．東華大學學報（自然科學版），2023，49（6）： 104-110.YANG X，CHEN HM，KE D，et al. Effect of fabric permeabilityon non-contact adsorption based on ALE method[J]. Journal ofDonghua University（Natural Science），2023，49（6）：104-110.

[14］劉漢邦，李新榮，馮文倩，等．面向服裝面料的柯恩達效應式非接觸夾持器吸附性能[J]．紡織學報，2022，43（2）：208-213.LIU H B，LI X R，F(xiàn)ENG W Q，et al.Grabbing performance ofnon-contact gripper based on Coanda effect for garment fabrics[J].Journal of Textile Research，2022，43（2）：208-213.

[15］陳輝云．基于靜電吸附機理的機械抓手研究及設計［D].邯鄲：河北工程大學，2018.CHEN H Y. Research and design of mechanical gripper based onelectrostatic adsorption mechanism[D]. Handan： Hebei Universityof Engineering， 2018.

［16］黨帥，王青，呂緒山，等．基于混紡平紋織物的靜電吸附式抓取技術研究[J]．輕工機械，2024，42（1）：13-20.DANG S，WANG Q，LU X S，et al. Research on electrostaticadsorption grippng technology based on blended plain fabrics[J].極板優(yōu)化設計[J]．紡織學報，2021，42（2）：185-192.LIUL D，LI X R，LIU H B，et al.Optimization design ofelectrode plate based on electrostatic adsorption and transfer usedfor garment fabric[J]. Journal of Textile Research，2O21，42（2） ：185-192.

［18］張蕾，韋攀東，李鵬飛，等．采用神經網(wǎng)絡算法的多指機械手織物抓取規(guī)劃[J]．紡織學報，2017，38（1）：132-139.ZHANG L， WEI P D，LI P F，et al. Fabric grasp planning formulti-fingered dexterous hand based on neural network algorithm[J].Journal of Textile Research，2017，38（1）：132-139.

［19］黃晨靜，張蕾，孫遜，等．基于動力學模型的面料抓取機械臂軌跡跟蹤控制方法[J]．紡織學報，2023，44（6）：207-214.HUANG C J， ZHANG L，SUN X，et al. Trajectory trackingcontrol method of cloth grabbing manipulator based on dynamicmodeling[J]. Journal of Textile Research，2023，44（6）：207-214.

［20］宗澤，張磊，賈志煦，等．一種具有良好靈巧性和觸覺估計的三指機械手[J]．現(xiàn)代制造工程，2023（7）：54-62.ZONG Z，ZHANG L， JIA Z X，et al.A three-fingered robotichand with good dexterity and tactile estimation[J]. ModernManufacturing Engineering，2023（7）：54-62.

［21］桓源，任工昌，劉書磊，等．非規(guī)整幾何圖形柔軟物抓取繃展機械手的設計[J]．機械設計，2024，41（1）：57-62.HUANY，RENGC，LIUSL，etal.Designofmanipulatorforgrabbing and stretching soft objects with irregular geometric figures[J].Journal of Machine Design，2024，41（1）：57-62.

［22］楊一銘，任工昌，桓源，等．自動化皮革繃板機的設計與應用[J]．皮革科學與工程，2023，33（4）：17-21.YANG Y M， REN G C， HUAN Y，et al. Design and applicationof automatic leather toggling machine[J].Leather Science andEngineering，2023，33（4）：17-21.

[23] BORRAS J， ALENYA G， TORRAS C. A grasping-centeredanalysis for cloth manipulation[J]. IEEE Transactions on Robotics，2020， 36（3） ： 924-936.

[24］鄧常紅，趙康康，魏延輝，等．作業(yè)條件下的UVMS垂直面姿態(tài)控制研究[J]．內蒙古工業(yè)大學學報（自然科學版），2025，44（1）： 23-29.DENG C H，ZHAO K K，WEI Y H，et al. Research on UVMSvertical attitude control method under operation conditions[J].Journal of Inner Mongolia University of Technology（Natural ScienceEdition），2025，44（1）：23-29.

[25]SU J， SHEN J，LYU J. Arrangement of soft fingers for automaticgrasping of fabric pieces of garment[J]. Textile Research Journal，2022，，92（1/2）：143-159.

[26] LIU Y，SUJ，LI X，et al.A systematic automated graspingapproach for automaticmanipulation of fabricwith softrobotgrippers[J]. Industrial Robot： The International Journal of RoboticsResearch and Application，2023，50（4） ： 623-632.

［27］王楠，蘇軍強．平紋織物逐層分離過程中的屈曲模擬與分析[J].絲綢，2022，59（9）：36-44.WANG N，SUJQ.Buckling simulation and analysis of plain fabricin layer-by-layer separation process[J]. Journal of Silk，2022，59（9） ： 36-44.nugoperations and its adaptive control[J].Fibres amp; Textiles in EasternEurope，2005.

[29]EBRAHEEM Y，DREAN E，Adolphe D C. Universal gripper forfabrics-design，validation and integration[J].International Journalof Clothing Science and Technology，2021，33（4）： 643-663.

[30]YAMAZAKI K，ABE T. A versatile end-effector for pick-and-release of fabric parts[J]. IEEE Robotics and Automation Letters，2021，6（2）：1431-1438.

[31]ABE T，KAWASAKI Y，YAMAZAKI K. A robotic end-effectorwith rolling up mechanism for pick-and-release of a cotton sheet[J]．ROBOMECH Journal，2020，7（1）：37.[32］范先虎．ATM挖鈔機構動力學仿真分析［D]．沈陽：東北大學，2011.FAN X H. Dynamic simulation analysis of ATM banknote diggingmechanism[D]. Shenyang：Northeastern University，2011.

［33］王冰．復印機紙張進給系統(tǒng)的動態(tài)特性分析與試驗研究［D].南京：南京林業(yè)大學，2013.WANG B.Dynamic characteristics analysis and experimental studyof paper feeding system of copier[D]. Nanjing： Nanjing ForestryUniversity， 2013.

[34] KAWAMOTO H， UMEZU S. Development of electrostatic paperseparation and feed mechanism[J].Journal of Electrostatics，2007，65（7） ： 438-444.

[35] YANABE S，MAEDA T. Skew simulation of a paper transferred byrubber rollers in printers[J].Microsystem Technologies，2007，13（8） ： 959-964.

[36] YANABE S，HOSOKAWA Y，MAEDA T.FEM simulation of paperfeed mechanism with rubber roller[J]. Proceeding of IIP/ISPSJoint MIPE，2003（3） ：311-312.

［37］柴德望，丁千，張泉．利用重疊分離機構進行紙張分離的紙張動態(tài)分析[J].計算力學學報，2020，37（2）：178-184.CHAI D W， DING Q， ZHANG Q. Dynamic analysis on the papersheet separated by the overlap separation mechanism[J]. ChineseJournal of Computational Mechanics，2020，37（2）：178-184.

[38］楊一晨，李小平，賀鑫，等．基于紙質標簽動力學模型的貼標技術研究[J]．機械設計，2019，36（9）：7-13.YANG Y C，LI X P，HE X，et al.Research on labelingtechnology based on the dynamics model of paper label[J]. Journalof Machine Design，2019，36（9） ： 7-13.

[39]李成才，朱登輝，朱海霖，等．聚四氟乙烯膜的超疏水改性及應用研究進展[J].紡織學報，2024，45（8）：65-71.LI C C， ZHU D H， ZHU H L，et al. Research progress ofsuperhydrophobic modification and application of polytetrafluoroe-thylene membrane[J]． Journal of Textile Research，2024，45（8） ： 65-71.

[40]李佳偉.基于Delta并聯(lián)機器人的面膜自動包裝系統(tǒng)設計[D]．大連：大連理工大學，2019.LI J W. Design of automatic mask packaging system based on deltaparallel robot[D].Dalian：Dalian University of Technology，2019.

[41］王浩．基于機器視覺的包裝檢測與分揀技術應用研究[D]．天津：天津大學，2019.WANG H.Research onapplication of packaging inspetion andsorting technologybased on machine vision[D].Tianjin：TianjinUniversity，2019.

Research progress in single-sheet separation technology of flexible fiber sheets

QI Lulul\"，YU Yongminla，1b，GU Minghuila，b，MEI Shunqi2a，2b，HUANGJiale3 （la.School of Intelligent Mechatronics Enginering；1b.Collaborative Inovation CenterofAdvanced Textile Equipment and Technology Co-constructed by Ministryof Education and Henan Provincial Government，Zhongyuan Universityof Technology，Zhengzhou 451191，China； 2a.College of Mechanical Engineering and Automation;

2b.Hubei Key Laboratory of Digital Textile Equipment，Wuhan Textile University，Wuhan 430O73，China;

3.Smart Manufacturing College， Zhengzhou University of Economics and Business， Zhengzhou 451191， China）

Abstract：Fiber sheets can be classified into three main categories based on their production proceses and structures：woven fabrics，non-woven fabrics and paper.Due to their characteristics of softness and lightness， coupled with fast production speeds，high output，low costs，and a wide range of raw material sources，they have found widespread applications in textileand apparel，medical and hygiene，industrial production，and daily life.

To meet the needs of automated equipment，scholars at home and abroad have developed various separation methods，including air-flow adsorption separation，friction separation，electrostatic separation，air-flow induction separation，needle-punch suction cup separation， and robotic grasping separation.Among these，needle-punch suction cup grasping separation， robotic grasping separation，air-flow adsorption separation，and electrostatic adsorption separation are more widely used in the single-sheet separation of woven fabrics.When robotic grasping and needle-punch suction cup methods are used for separation，the reliability is relatively high，but the structure of the fiber sht can beeasily damaged，making itimpossible to guarantee a damage-free separation.Air-flow adsorption separation does not directly contact the material during the separation process，which helps avoid contamination and damage.However，in separating thin，soft，and easily deformable fiber sheets，it tends to absorb multiple sheets at once，afecting itsaccuracyand reliability.Electrostatic separation has advantages such as high efciency，energy-saving，andenvironmental friendliness，but it requires specificenvironmental conditions and is difficult to achieve a damage-free and stable separation effect.Friction separation and air-flow induction separation are mainly used for single-sheet separation of paper products.Friction separation has a simple structure and high reliabilitybutconsumes more energyand has limited applicability.For single-sheet separationof nonwoven fabric in stacked conditions，manual operation is still required，and there is currently a lack of precise， eficient， and damage-free automated separation technology.

Given the current issues in the single-sheet separation process of fiber shets，such as structural damage，low separation accuracy and reliability，and insufficient separation fficiency，to achieve eficient and precise singlesheetseparation of stacked fiber sheets，it is imperative to develop separation devices that areefficient， economical，and highlyreliable inthe future，soas to facilitate eficient integration with roboticarms.Continuous optimization of the separation mechanism is required to enhance the success rate and precision of single-sheet separation of fiber sheets.Additionaly，the development of separation mechanisms with a broader range of applications is required，not only suitable for non-woven fabrics but also for other flexible shets.In the future， based on the realization of automated separation of fiber sheets，artificial inteligence technologies such as image recognition and machine vision should be integrated to replace humans in executing specific tasks in amore effcient and precise manner.This willoptimize the use of human resources，allowing them to be more focusedon high-value activities such as innovation， decision-making， and complex problem-solving.

Keywords： fiber sheets; single-sheet separation; technical characteristics； applicability; research progress; development trend