全国大学生机械工程创新设计大赛获奖案例《多功能草莓采摘臂》.docxVIP

多功能草莓采摘臂 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 随着生活水平的不断提高，人们对饮食健康、营养均衡重视程度不断提高。草莓作为一 种营养丰富、味道甜美的水果，深受人们的喜爱。然而，草莓的植株十分低矮，采摘十分不 便。通过实地考察和查阅相关文献得知，目前草莓存在两种采摘方式:第一种为人工釆摘， 农户提着篮子，弯腰采摘，效率不高还容易损伤腰背；第二种为大型釆摘装置，人坐于机器 上，只需要按照合理位置摆放即可。但采摘机器体积大，对于小面积种植和棚栽草莓的采摘 并不适用，而且大型采摘机器容易压倒植株，损坏草莓。另外采摘机器昂贵，保养维修困难， 大大增添了草莓种植成本。 针对目前草莓采摘现状和存在的问题,我们小组结合“水果采摘辅助装置”这个题目，设 计了一个成本适中、操作方便，用于辅助采摘的多功能草莓采摘臂。利用多功能草莓采摘 臂,农户可以直立采摘草莓并完成运输、装袋等一系列工作任务。 工作原理 草莓采摘臂基于机械原理,采用槽轮机构、齿轮传动、同步齿形带传动、偏心轮机构相结 合的方式，实现草莓的采摘、运输和装袋工作。槽轮机构的间歇运动为操控者提供更换采摘 目标的时间；偏心轮机构可以带动刀具往复运动，实现剪切动作;合适的齿轮配比和同步齿 形带传动可以使草莓的采摘、运输和装袋动作相协调。 如图1至图4所示，本装置由机械力的传动、齿轮传动、传送带传动以及偏心轮机构相 配合实现草莓剪切、运输、装袋全过程的功能。使用时操作人员手握釆摘臂，通过人工控制 将草莓装入管口，在采摘臂对准草莓后，按下开关按钮，一次实现三个运动（剪刀剪切、同步 带上升、小传送带下降）。草莓剪切:槽轮转动带动同轴的同步带轮转动，利用同步齿形带将 运动传至从动带轮16,从动带轮16通过同轴齿轮14将运动传至偏心轮4（偏心轮圆周为与 齿轮14相啮合的齿轮），偏心轮4推动刀具完成剪切动作。草莓运输：同步齿形带上固定有 工字板，草莓剪落后落在工字板上，在同步齿形带的带动下运输至下管口。草莓装袋：当草 莓运送到传送带的最底端开始下落时,操作人员将挂钩上调至小传送带的最顶端，随着草莓 的逐一下落，挂钩也沿传送带做相应小幅度的下降，使草莓始终以相对篮子或袋子底部较低的高度落下。此时槽轮处于停歇状态,操作人员可以将采摘臂对准待釆摘草莓。当篮子或 袋子运动到小传送带最底端时，操作人员再次将挂钩上调至小传送带的最顶端，重新开始新 一轮的装袋。装够一定数量后，取下篮子或袋子，给传送带装上新的篮子或袋子，从而进行 新一轮的采摘装袋。 图 图4刀头结构图 具体操作流程： 移动草莓采摘臂，使待釆摘草莓对准采摘管口。 启动草莓采摘臂，完成单个草莓的采摘、运输、装袋： 传送带上的主动齿轮14转动，带动从动齿轮4转动，从而横向推动动刀11,完成一 个剪切运动； 槽轮3带动从动齿轮4转动，从动齿轮4带动同步带运动，完成草莓运输； 槽轮3带动的小带轮27与固连的一个带轮带动一个小传送带转动，小传送带上带有 挂钩,控制袋子的无级匹配下降。 移动草莓采摘臂，对准下一个待摘的草莓。 袋中草莓达到一定数量后，更换袋子。 3.设计方案 总体设计构想 该采摘臂用于草莓的釆摘、运输和装袋，具体动作如下:偏心机构控制刀片剪切，同步齿 形带实现草莓的运输，齿轮带动传送带控制篮子或袋子下降，最后草莓在重力作用下以极小 的坠落高度掉入袋中。 机构说明 本设计通过控制各机构运动相配合的方式，将草莓的釆摘、运输、装袋统一于一个辅助 装置之上，进行功能集成。采用同步齿形带达到运输目的，槽轮间歇运动提供了更换采摘目 标的时间，偏心轮转换运动方向控制刀片左右运动等，多个机构合理巧妙融合。 草莓运输机构。 本设计中，手摇杆固定在采摘臂机架上，通过控制手摇杆，带动槽轮机构旋转，槽轮机构 与齿轮同步带机构固定连接。齿轮由连杆进行定位固定，保证与同步带之间不发生相对滑 动，从而完成该机构的传动运输。工字板设计合理，下部小凹槽设计既可以保证同步带弯曲 时两者相贴合，又可以控制草莓相对运动的距离，减少草莓的无控制运动，从而减小草莓在 运输过程中遭受到的损伤。 草莓采摘剪切机构。 本设计中，同步带上设有工字板，采摘臂前端管口设有剪切机构。剪切机构由偏心轮和 连杆机构组合构成。同步带每前进一个单位，工字板外侧圆齿轮带动偏心轮控制剪刀完成 一次剪切动作。此时，草莓进入前一个工字板范围并随同步带运动至岀口。 草莓装袋机构。 装袋机构由同步齿形带和篮子或袋子组成。包装袋通过挂钩固定在同步齿形带上，随 着同步带移动。该机构通过调整篮子或袋子的位置保证草莓从相对篮子或袋子较低的高度 落下，防止草莓损伤。 使用草莓釆摘臂只需一个动作，即按下开关按键便可实现剪切、运输、装袋，整个运动过 程没有使用任何的反馈装置。一键控制，三步动作，实现了同步控制。此