全国大学生机械工程创新设计大赛获奖案例《草莓采摘夹》.docxVIP

草莓采摘夹 本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖 设计目的 草莓营养丰富、味道甜美，深受人们的喜爱，在市场上有着很大的需求量。草莓虽然美 味，但其植株低矮,使得草莓的采摘十分费力。目前，国内草莓采摘主要以人工采摘为主。 采摘过程中，果农需要长时间弯腰、下蹲，使得腰部和腿部肌肉紧绷，造成腰腿酸疼，产生疲 劳感，进而大大降低釆摘效率。为了缓解这种状况，提高草莓釆摘的便捷性和效率，我们设 计了一种草莓釆摘工具——草莓采摘夹。利用草莓釆摘夹，果农能够直立采摘草莓,避免长 期弯腰、下蹲造成的身体不适,进而提高草莓的采摘效率。此外，利用草莓采摘夹可以避免 草莓在釆摘过程中遭到损伤。 工作原理 在实际草莓采摘过程中，为了避免草莓损坏，果农需要以最小的力将草莓从植株上采摘 下来。在长期的釆摘过程中，果农总结出一套能够最大程度保证草莓完整性的采摘方法:利 用两手指从草莓偏上部将草莓托起，同时用拇指向下轻抵草莓，然后向上拉起草莓，使得草 莓茎和草莓形成较小的夹角，从而以较小的力便能摘下草莓。 草莓采摘夹便是利用仿生学原理，模仿人手采摘草莓的动作设计而成的。草莓采摘夹 采用带有一定弧度的耙齿来实现果农用双指托起草莓的动作，采用普通海绵代替拇指，并通 过长夹子连接，实现轻抵草莓并夹紧的动作，最后通过拉扯整个装置将草莓摘下。由于成熟 的草莓表面容易损坏，为了避免采摘过程中采摘夹对草莓造成损伤，在耙齿上套上折叠的硅 胶管，增加其柔软度。 在实际应用中，考虑到草莓采摘的及时性，需要单个采摘与多个釆摘模式相结合。 由于草莓成熟后极易腐烂,果农必须在草莓成熟时及时采摘。当草莓刚开始成熟时，草 莓成熟的规模不大，且成熟的草莓分布比较稀疏。草莓的茎分支多、分布杂乱复杂，此时采 用单次单个釆摘模式可以有效避免牵扯无关枝蔓，精准采摘能够很好地保证采摘效率。在 草莓成熟高峰期，草莓成熟规模大，分布密集，采用单次单个采摘模式效率低下，单次多个的 采摘模式更加符合成熟草莓分布密集的特点,采摘效率高。 在使用草莓采摘夹时，先根据草莓的成熟阶段合理选取合适的模式，然后开始寻找成熟草莓确定位置，用耙子结构勾住草莓，再用夹子轻轻夹住并拉起，草莓与其茎会产生小夹角 从而可以轻易把草莓摘下来，最后把草莓送进身旁的篮子里。 3 .设计方案 通过网络收集大量有关草莓的图片、草莓采摘视频等资料,分析了草莓在地里的分布情 况,认识到成熟果实脆弱、成熟时段不一致、易烂、茎分布复杂等特点。在进行实地釆摘体验和 与果农的交谈中发现，弯腰和下蹲采摘极易造成身体疲劳，降低采摘效率。而且长期的弯腰下 蹲采摘会对身体造成损伤。如果可以直立采摘，那么采摘便会轻松很多,而且保持良好的状态 来劳作，也能保持采摘效率。因此本设计既要改变弯腰下蹲的采摘方式，又要对提高采摘效率 有着促进作用，而且能够最大程度避免草莓损伤。下面提出两个方案进行对比分析。 方案一:釆用小剪子来剪断草莓茎，并夹住草莓放篮子里。保护草莓方面，该方案简单 易操作，不会触碰到草莓肉，理论上不会对草莓造成损坏。但实践后发现，这种方式依旧可 能损坏草莓。该方案在操作中有时会连带剪断其他茎，而且在釆摘效率上，一颗一颗摘的方 式明显效率很低，且该方案改进提高效率的可能性小。 方案二:釆用一种模拟人手摘取的机构，让机构握住草莓，使草莓向上平移与茎产生小 夹角，摘下草莓并放进篮子。在保护草莓方面，工具会直接接触草莓果肉，容易造成果肉损 坏，需要另外采取其他保护草莓的措施。在釆摘效率上，机构可以一次采摘3个草莓，理论 上可以做到大范围摘取，但在实践中发现，草莓茎分布比较复杂,实现难度大。 两种方案进行对比后，选取方案二。 该机构中模拟两手指结构的是几个有一定孤度 的钩，如图1所示。根据草莓的平均直径、长度，将夹 子设计为一个耙齿的结构。 为达到一定的柔软度，保护草莓，在钩上面套有 折叠的硅胶管。模拟拇指的是一块普通海绵，这时再 通过长夹子连接，就可以达到夹紧草莓的效果，同时 防止草莓被损坏。在试验改进过程中发现，由于草莓 茎分布复杂，虽然该工具可以把草莓摘下来，但茎的 交叉会阻碍夹着草莓的工具的回收。这时需要放掉 草莓才能收回工具，因此在工具上添加承接草莓的L 形海绵结构，用来接收草莓。 4 .主要创新点 使用耙子与海绵相结合来模拟人手釆摘的方式。 单个釆摘模式与多个采摘模式结合，能够应对不同情况的需求。 5?作品展示 本设计作品的外形如图2至图4所示。