香蕉采摘机器

序号： 编码： 第九届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 香蕉采摘机器 学校全称： 华南农业大学 申报者姓名 （集体名称）： 华南农业大学工程学院04机制(1)班小组 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 报送方式：省级报送作品高校直送作品说 明1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4.序号、编码由第九届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。6作品申报书须按要求由各校竞赛组织协调机构统一寄送。7.其他参赛事宜请向本校竞赛组织协调机构咨询。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名汤志龙性别男出生年月1985年9月学校华南农业大学系别、专业、年级工程系机械设计制造及其自动化04级学历本科学制四年入学时间2004年9月作品名称香蕉采摘机构毕业论文题目通讯地址广州市天河区华南农业大学华山宿舍13栋403房邮政编码510642办公电话87344206常住地通讯地址广州市天河区华南农业大学华山宿舍13-403房邮政编码5101642住宅电话87344206其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位全树佳男22本科华南农业大学工程学院吴启龙男21本科华南农业大学工程学院李文东男23本科华南农业大学工程学院林红景男22本科华南农业大学工程学院曾建雄男23本科华南农业大学工程学院曾育强男22本科华南农业大学工程学院资格认定学校学籍管理部门意见以上作者是否为2006年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称香蕉采摘机器作品分类（ A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标实现水果采摘自动化，保证采摘香蕉的质量，提高生产效率，给香蕉提供采摘的便利，并且其成本低。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）目前，世界范围内，香蕉种植面积广，但香蕉的采摘都用人工来实现的，采摘效率和采摘质量都不尽人意，本机构可以实现采摘的自动化，弥补上述缺点，为实现农村的现代化提供动力。该作品由机械手、升降机构、运动机构三部分组成。机械手是基于香蕉的重量、形状以及位置而专门设计的，具有快捷、方便、成本低的优点。升降机构是针对香蕉树的高度和出于承受载荷、自重、灵活程度而设计的，其所占空间、体积不大，成本低，具有自动升降功能。运动机构主要由机座和小车组成，操作灵活，作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果到目前为止还没有。作品所处阶 段（A）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测该作品由机械手、升降机构、运动机构三部分组成。该作品主要是由各种机构组成，以实现香蕉采摘的自动化过程。适用范围：香蕉采摘推广前景的技术说明：本产品主要运用了各种不同的机构来实现水果采摘（针对香蕉），是工程科技和农业得到有机结合，给我国乃至世界范围提供采摘的便利。注：目前市场上还没有类似产品，香蕉采摘都是人工实现的，经济和社会效益可观。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。本研究成果属于科技发明A类,根据我们初步的调查，在互联网和现实生活中都没有发现相关产品的研究成果，目前香蕉采摘还处于人工采摘阶段，生产效率不高，况且对采摘工人有一定的伤害，我们应该属于这个研究课题的先行者，实现采摘香蕉的自动化。作为香蕉采摘的先行者，我们始终相信我们会在香蕉采摘行业开辟疆土，我们的研究作品会推动香蕉采摘产业的迅速发展，为我国农业现代化作出巨大贡献。D.推荐者情况及对作品的说明说明：1由推荐者本人填写； 2推荐者必须具有高级专业技术职称，并是与申报作品 相同或相关领域的专家学者或专业技术人员（教研组 集体推荐亦可）； 3推荐者填写此部分，即视为同意推荐； 4推荐者所在单位签章仅被视为对推荐者身份的确认。推荐者情况姓 名性别年龄职称工作单位通讯地址邮政编码单位电话住宅电话推荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价其它说明推荐者情况姓 名性别年龄职称工作单位通讯地址邮编单位电话住宅电话推荐者所在单位签章 签章日期 年 月 日 请对申报者申报情况的真实性作出阐述 请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价其它说明学校组织协调机构确认并盖章 （团委代章） 年 月 日 校主管领导或校主管部门确认盖章 年 月 日E大赛组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会秘书处资格审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处形式审查意见 审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处审查结果合格 不合格 负责人（签名） 年 月 日F参赛作品打印处香蕉采摘机器设计说明书前言篇农业作为国民经济的基础,我们应当不断采用新技术,新设备来武装农业,这样才能使农业得以生存,发展,达到规范化、规模化.目前“三农”,问题的解决在我国是势在必行的,要解决“三农”问题,必须重视农业科技作用的发挥.香蕉是农业大家庭中一支不可忽略的力量,在农业中起着中流砥柱的作用.在我国,香蕉有着巨大的发展潜力,同时也有着巨大的市场前景,我国已经建成拉一批香蕉的生产基地,一批优质香蕉品牌已经逐步形成,香蕉产业也在迅速壮大.但是目前我国的香蕉采摘技术远远跟不上香蕉发展趋势,现在我们还停留在最古老的一种采摘方式人工采摘.不但效率低,给采摘工人带来人体伤害,而且还会使香蕉产生机械伤.本次“挑战杯”中,我们本着“引领香蕉采摘行业,跨出香蕉采摘的第一步”为目的,从而启动了香蕉采摘机器设计方案,使“挑战杯”能够真正意义的用于生活.为此,我们将锐意创新,迎接挑战。市场调查分析篇据一组统计数字的显示:早在2003年,我国香蕉的种植面积已经达到了22.84万公顷,总产量为590.3万吨,我国香蕉总产量已经在世界排名第三。在国内各类水果总产量中也位居第三位。(以上数据是在首届中国香蕉产业发展研讨会上的讲话提供)更可喜的是，随着我国香蕉产业的科技应用水平和经营管理水平的不断提高，香蕉产业的国际竞争力有了实质性提升.况且专家预计随着人们生活水平的提高国内的香蕉消费日益加大,香蕉的种植面积还有很大发展潜力,其种植规模越来越大了。近几年来，随着“入世”、“零关税”及泛珠三角区域合作的实施，我国香蕉产业既有着良好的机遇又面临一系列严峻的挑战。如何在发展我国香蕉产业中实现产业增效、农民增收，是摆在眼前急需研究解决的问题。我国香蕉产业进入了新的调整巩固、整体提升的阶段,现在人们正在热烈讨论我国香蕉产业升级的方法与对策问题.人工采摘已经适应不了时代的发展要求,使用人工采摘,不仅效率低,劳动量大,而且碰撞严重,机械伤多,这样香蕉不易保鲜和贮存。而且如此大面积大规模的种植香蕉,必须有相应的机器来实现采摘的艰巨任务,如此巨大的香蕉种植面积,对香蕉采摘机器的需求量是不可估量的,也是迫不及待的.同时也说明香蕉采摘机械的市场前景是美好的,现实生活中的香蕉采摘机械的需求量是非常大的,况且我们设计的这个采摘机器成本低廉,操作方便,经济和社会效益可观。技术参数篇运动机构部分小车俯视图：小车侧视图: 小车的平衡计算：所以 故控制柜的重量应大于18kg或者另加重物增加平衡。机器的升降部分1. 设计目的：香蕉采摘机器要实现的功能是从香蕉树上把香蕉摘下来，由于树的高度可达三米以上，所以要把在如此高的香蕉树上把香蕉采摘下来，所用到的机器就必须要达到这高度，但如果设计出来的机器高度与香蕉树等高，不但把香蕉放下来是个困难，而且会出现机器在香蕉园里运行不方便,采摘香蕉不灵活的问题。因此采摘机器中的升降部分是为了降低机器高度，使其能够灵活的运动，又能快捷的把采摘掉的果实放下来而设计的。2. 设计基本思路：此机构要实现升降的功能，鉴于要采摘的香蕉重量达三十公斤，并且香蕉园的地面状况差，不利于采摘机器的行走。因此要尽量减少此机构的重量，以保证采摘机器的灵活运行。综合考虑工作要求、成本和技术水平，我们把这升降机构设计成内嵌式可伸缩机构，机构中动杆与定杆配合可相对运动并相户限制，通过电机的带动，采用钢绳对动杆的拉动实现升降，其中钢绳通过定、动滑轮的连接把抬升中需要的力降低。3. 设计原理： 设计原理图如下： 4. 设计计算及材料选择： 根据所选的型钢，选用Q235-A材料比较经济普遍，其屈服强度，抗拉强度，最大切应力。1）.CD杆计算：受力如图所示：其中G为 （机械手部分上面支架香蕉） 一半的重量弯距图如图所示：因此，截面B是危险截面，而且可能是拉伸断裂或者是剪切断裂，需分别进行校核：（1）从重量和经济角度考虑，选用规格为30303的热扎等边角钢。（2） 符合要求。（3）挠度计算 相对于采摘高度来说影响不大。2)AB杆计算：弯距图如图：同理：（1）故选用规格为H=50mm,B=37mm,tf=7mm,tw=4.5mm的热扎等边角钢。（2） 符合要求。机械手部分 一 设计构思首先香蕉簇的重量普遍二十到三十公斤左右，鉴于此因素，经过我们组员的反复分析讨论，决定采用桶兜的装置实现香蕉的采摘。考虑到香蕉的高度、香蕉柄的硬性不大以及香蕉处于悬挂浮动状态这些因素，初步选用高速旋转的圆齿刀，实现香蕉柄的快速切断。而香蕉柄具有一定的长度，故刀的可以固定在离桶兜一定高度来实现对柄的定位。二 设计原理1）桶兜部分根据香蕉簇外形尺寸，设计桶兜的尺寸DH45cm70cm，为了防止香蕉与桶兜的摩擦磨损，和处于经济角度考虑，设计在桶内加一层海绵，并可以调节香蕉在桶内的高度，从而在一定程度上实现刀的定位。2）电动机选择实现香蕉柄的切断所需的电动机功率要求并不是很高，经过下面减速器及实现切割所需的转速与力拒的设计与计算，决定采用额定电压为220v，功率90w，转速为300r/min的交流电动机。3）刀部分刀的驱动机构采用链传动、双级齿轮减速和曲柄摇杆机构的原理，实现圆齿刀的高速旋转与进刀量的控制，从而实现以摇杆带动高速旋转的刀片切断香蕉柄，在切割过程中刀的覆盖面积为桶的约四分之三，可以实现香蕉柄的完全切断。如图所示：三 设计计算A 链传动的设计假设传动比i3，根据刀具的工作情况：载荷有轻微的震动，水平布置，链传动中心距大约500mm左右。1 选择链轮齿数Z1，Z2假定链速v=0.63m/s，由此选取小链轮齿数Z1=17；主动链轮齿数Z2=i*z1=51。2 计算功率PcaPcaKaP=117w （Ka为工作情况系数 由表查得1.3）3 确定链条节数Lp初定中心距40p,则链节数为Lp114.7节 取Lp 115节4 确定链条的节距p根据小链轮转速900r/min及功率，并且传动结构要求紧凑，寿命长，选用较小节距的单排练，查表选节距为12.7mm的08A号链.传递功率130W其中 为小链轮齿数系数；为链长系数；为链排系数；5 确定链长L及中心距aL=1.46ma=509.72mm取a（0.0020.004）a506.69508.7取507mm6验算链速V=m/s=2.43m/s 与假设相符。6 作用在轴上的压轴力 43N其中 有效圆周力；压轴力系数。B双级齿轮减速器由于刀的高速转动与机械手臂的自动摆转是由一个电动机提供动力的，故要通过一定的加速与减速来实现差速，保证以较小的进刀量来切割香蕉柄。经过分析，决定采用传动比为33的双级齿轮减速器，这时传动到曲柄摇杆上的转速 ,小链轮的转速 的比为N=27。选用标准系列的齿轮：材料模数（mm）齿数数量（个）小齿轮45钢2.5212大齿轮45钢2.5642C曲柄摇杆机构由前面可知，为了避免刀具不工作是不会对桶兜造成影响必须86，同时为了提高工作效率，曲柄摇杆设计成有急回运动的特性，其原理图如上图所示。行程速比系数K=1.17;传动角范围为 30106。香蕉柄的直径大约为67cm，由此可以计算：圆齿刀旋转一周的进刀量S4.65mm/r； 符合设计要求。方案可行性分析篇根据到雷州半岛的实地考察可知,香蕉园的行距大约为1.85米,株距大约为1.5米,香蕉树的高度大约为2.6米据调查最高的达到3.2米,香蕉的长度为60公分,香蕉的外径为45公分, 一簇香蕉的重量大约2030公斤.(以上数据是当地农民提供)。结合我们的设计方案来分析:本机器由运动部分,升降机构部分,机械手三部分组成。运动部分分析:运动部分由小车和机座组成,运动小车长度为100CM,宽度为60CM,小车可实现前进和旋转的功能,完全适应香蕉园的路面状况,适合用于采摘。升降机构部分析:基于香蕉的高度和重量,我们把这部分设计成内嵌式可伸缩机构，机构中1.5米动杆与1.6定杆配合可相对运动并相户限制(利用轴承来实现运动)，其中动杆跟定杆做成75度的倾斜