多自由度电动桑叶采摘器Word文件下载.docx

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长期的桑叶采摘使桑农手指变形，骨节粗大，腱鞘炎已经成为桑农的职业病。

为了提高效率，保护身体，设计一种多自由度电动桑叶采摘器来很好代替手工的机器，降低桑农的劳动强度；

提高桑叶采摘速度和采摘率。

让机构实现实用新型操作简单，制造方便，经济效益和社会效益显著，可采摘，省力、快速、方便，老少均可操作，熟练程度快；

采摘每株桑叶只需2～3秒钟，且不伤害桑树皮，收采桑叶的速度比用手采摘快3～5倍。

结构简单，重量轻，操作方便，对提高养蚕规模、经济效益和产业化水平有着重大的意义，适合种桑养蚕业推广。

对现代药品业与纺织业有着重大意义。

第二章总体设计

一、机构设计思路和方法

对于目前种桑养蚕中最耗劳动力的采摘桑叶的现状，手工采摘已经不能满足人们对蚕丝的需求，我们需要设计一种多自由度电动桑叶采摘器来很好代替手工的机器，降低桑农的劳动强度；

让机构实现实用新型操作简单，制造方便，经济效益和社会效益显著，可采摘，省力、快速、方便，老少均可操作，熟练程度快。

针对上述的问题本项目成员经讨论采用如下的设计方案：

1）设计多把小剪刀的刀具来剪桑叶，提高了采摘桑叶的效率。

2）设计出用偏心轮作为传动机构的重要组成部件，保证刀具的正常剪切动作。

3）连杆与机架杆不仅可以实现伸缩还可以实现360度旋转，同时连杆与刀具也能实现360度旋转，从而实现了机构的多个自由度，这样一来就大幅度增大了机器的工作范围。

4）为了机器的简单环保，选择用电来驱动机器的正常工作，而且这样可以实现电机工作是产生的噪音小。

5）为了进一步提高工作效率，以及保证机器多角度的操作灵活，实现设计结构简单合理，经济耐用，易于维护，便于操作。

设计了所有杆的空心结构，既保证了机器工作时所需的强度，又减轻了机器自身重量，同时节约了材料。

多自由度电动桑叶采摘器的整体构思三维图如下所示：

2.1.1.行走机构结构的设计与制造

如行走机构的结构示意图所示，行走机构由底部定位支撑架和4的支架滚轮组成。

底部定位支撑架有四个支架滚轮，支撑着整个机器。

带有支架滚轮的行走机构，可由桑农推动行走装置在桑园内，降低桑农的劳动强度。

行走机构结构示意图

行走机构实物图

2.1.2.传动机构的设计与制造

如传动机构的结构示意图所示，传动机构由偏心轮、滑块、固定滑槽组成，偏心轮作为传动机构的重要组成部件，当偏心轮转动时，由于偏心轮表面到转动中心的距离不同，从而推动滑块在固定滑槽内来回快速移动，保证了刀具的正常剪切动作。

传动机构结构示意图

传动机构实物图

2.1.3.多自由度支撑杆的设计与制造

如多自由度支撑杆的结构示意图所示，多自由度支撑杆有两个支撑杆组成，支撑杆与机架杆不仅可以实现伸缩还可以实现360度旋转，同时连杆与刀具也能实现360度旋转，从而实现了机构的多个自由度，这样一来就大幅度增大了机器的工作范围。

多自由度支撑杆结构示意图

多自由度支撑杆实物图

2.1.4.刀具的设计与制造

如刀具的结构示意图所示，刀具由上刀片、下刀片、调整上下刀片平行度和间距的调整螺钉、支撑架等组成。

其核心设计在于调整上下刀片平行度和间距的调整螺钉，众所周知，若上下两刀片不平行或是间距过大，则不能实现剪切工作；

若上下两刀片间距过小，则剪切时阻力将大大增加。

刀具采用可拆装式，都由紧固螺钉定位在支撑架上。

刀具结构示意图

刀具实物图

二、电子电路控制设计

2.2.1.控制电机开关

控制电机开关可直接手动控制电动机的开启和停止，以满足工作要求。

控制电机开关

2.2.2.电机

电机是整个机器剪切动力的来源。

电机实物图

三、最终完成的实物外观效果图

第三章设计参数及理论计算

一、设计参数

3.1.1.所选电动机参数

电动机型号

同步转速/（r/min）

额定功率/kw

满载转速/（r/min）

功率因数ρ

Y80M1-4

1500

0.55

1390

2.4

2.3

0.76

3.1.2.机器设计参数

多自由度电动桑叶采摘器伸直后整体尺寸拟设计为400mm×

300mm×

2400mm，其创新点在于支撑杆与机架杆可以实现伸缩和360°

旋转，同时支撑杆与刀具也能实现30°

至270°

旋转，从而实现了机构的多自由度，加大工作面积。

为了使整个设备轻便小巧，降低桑农的劳动强度，适合丘陵等地形作业，支撑架的直径设计为60mm，机架杆的直径设计为80mm。

为了刚好符合桑叶采摘要求，刀具的尺寸设计为150mm×

100mm。

二、受力分析与计算

由上述电动机参数可知额定功率为P=0.55kW，满载转速n=1390r/min，则机器正常工作时，在没有剪切运动的情况下电机刀架受到的扭矩为：

三、各个构件的强度校核

受力构件的各应力应该小于其许用应力，在受到复合应力的做用时应用第三强度理论分析和计算，所用材料为45#钢，工作时主应力极小可忽略不计，故剪切力为主要因素，查得所用材料的许用切应力为

，故

1）校核圆柱销（

）的强度：

最大切应力为

故圆柱销强度满足使用要求。

2）校核轴（

由此可知，各部分结构强度均可满足使用要求。

第四章工作原理及性能分析

一、工作原理

本多自由度电动桑叶采摘器是一台能够实现多自由度桑叶采摘的农用机械。

其工作原理为：

行走机构由底部定位支撑架和4的支架滚轮组成。

传动机构由偏心轮、滑块、固定滑槽组成，偏心轮作为传动机构的重要组成部件，当偏心轮转动时，由于偏心轮表面到转动中心的距离不同，从而推动滑块在固定滑槽内来回快速移动，保证了刀具的正常剪切动作，从而达到剪切掉桑叶的效果。

多自由度支撑杆有两个支撑杆组成，支撑杆与机架杆折叠和伸缩装置不仅使移动行走方便，还可以减少机构在没使用时所占的空间。

而且机架杆与杆可以实现伸缩和360度旋转，同时连杆与刀具也能实现360度旋转，从而实现了机构的多个自由度，这样一来就大幅度增大了机器的工作范围。

刀具由上刀片、下刀片、调整上下刀片平行度和间距的调整螺钉、支撑架等组成。

二、结构及性能

本多自由度电动桑叶采摘器保证剪切桑叶的工作稳定性，避免意外情况的发生。

选用合适材料，使各装置耐磨损，各部件接触的紧固，使用寿命更长久。

选用适合的结构和材料制作本多自由度电动桑叶采摘器的自制专用刀具，保持整机的使用性能良好及特殊的加工要求。

在兼顾可调性与使用性的前提下，使整机各部分机械传动结构紧凑，节省空间。

安装方便并且使用操作简单，节省时间，易于维修和保养。

第五章实验成果及展望

一、实验成果

本次广西高校大学生创新创业计划项目《多自由度电动桑叶采摘器》，经过指导老师的帮助及团队成员的共同努力下取得了以下的实验研究成果：

1、完成各执行构件之间的正常运转，实现作品预期功能并制造出物理样机一台。

2、正在受理发明专利一项，申请号分别为：

201410150126.7。

目前处于实审阶段。

3、荣获全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛二等奖。

二、主要创新点

创新点一：

多把小剪刀的刀具来剪桑叶，提高了采摘桑叶的效率。

创新点二：

用偏心轮作为传动机构的重要组成部件，保证刀具的正常剪切动作。

创新点三：

连杆与机架杆不仅可以实现伸缩还可以实现360度旋转，同时连杆与刀具也能实现360度旋转，从而实现了机构的多个自由度，这样一来就大幅度增大了机器的工作范围。

创新点四：

为了机器的简单环保，选择用电来驱动机器的正常工作，而且这样可以实现电机工作是产生的噪音小。

创新点五：

为了进一步提高工作效率，以及保证机器多角度的操作灵活，实现设计结构简单合理，经济耐用，易于维护，便于操作。

三、推广应用价值

为了提高效率，保护身体，设计一种多自由度电动桑叶采摘器来很好代替手工的机器，降低桑农的劳动强度；

参考文献：

[1]孙恒，陈作模．机械原理［Ｍ］．６版．北京：

高等教育出版社，2011．

[2]孟宪源．现代机构手册［Ｍ］．北京：

机械工程出版社，2004．

[3]沈乐年，刘向锋．机械设计基础［Ｍ］．北京：

清华大学出版社，1997．

[5]张家军．机械系统创新设计［Ｍ］．武汉：

华中科技大学出版社，2008．

[6]吕庸厚．组合机构设计［Ｍ］．上海：

上海科技出版社，1996．

[7]濮良贵，纪名刚．机械设计．7版．北京：

高等教育出版社，2001．

[8]周旭升,戴一帆,李圣怡,郑子文,王贵林.桑叶采摘[J].农业技术,2004（05）

[9]赵胜祥，徐滕岗，唐觉明.画法几何及机械制图［Ｍ］．上海：

上海远东出版社，2002

[10]陈正红.桑叶价值[N].农业世界,2004（06）

[11]成大先.机械设计手则[M].北京：

化学工业出版社,2002.

[12]杨可桢，程光蕴.机械设计基础（第四版）［Ｍ］．北京：

高等教育出版社，1999年

[13]王昆，何小柏.机械设计基础课程设计［Ｍ］．北京：

高等教育出版社，1995年

项目组员心得体会

项目组成员组成为：

马俊生（负责人）、马桂香、陈俊。

在项目组成员和指导老师的共同努力下，完成了多自由度电动桑叶采摘器的研制工作。

现将各个成员在研究项目过程中的心得体会附录如下：

一份耕耘，一份收获

——记大学生广西高校大学生创新创业计划项目结题心得

马俊生

冰心有言：

“成功之花，人们往往惊羡它现时的明艳，然而，当初它的芽儿却浸透了奋斗的汗水，洒满了牺牲的血雨”。

人类世界的各种探索都是发现美的过程，作为一名在校大学生我们所做的课题肯定无法达到牛顿发现苹果的探索之美，也无法达到瓦特发明蒸汽机时的喜悦。

但是，我一直认为坚持的探索过程就是一种美。

那段一直追寻科研，探索新事物的时光，将是我大学期间最美的时光，也将成为我人生的美好回忆。

这一次尝试与探索虽然在学术上没有很大的造诣，也没有很大的创新，但是总有一种付出汗水后收获的喜悦。

这是一次成功的锻炼，通过理论联系实际，不仅让我认识到了科学本身的美，更让我认识到了周围人和事的美。

先进的科学知识与技术让我认识了别人不曾了解的世界，团结协作的团队，老师的帮助让我体味着人世间的美。

我是一个非常喜欢探索新事物的人，我喜欢通过自己的努力取得成功后的那种兴奋，虽然其中遇到很多困难，我还想再有一次这样的经历，通过自己的努力探索新鲜事物，研究新鲜事物。

因为这是第一次主持从申请项目到结题全过程，这次经历就像一只展翅欲飞的小鸟，初见天空的蔚蓝时那般惊异；

又如一朵含苞绽放的花朵，欲要碰触世界的魅力时那般激情。

同时我认为科研是掩卷沉思时的自我审视，是艰难写作中不断升腾的困惑，又是不断否定自己的勇气，每一次论文的修改都是不断否定自己的鄙陋之见。

做好科研需要坚韧的毅力，需要开拓的思维，更需要一种团队合作精神。

当初申请科研立项时，我们也是本着理论与实践相结合的宗旨，希望运用我们的专业知识，科学理论以及实际调查为新技术的移动学习方法探寻新的道路。

在做研究的过程中，我们时刻保持严谨治学的心态，每一个步骤我们都认真的实行，并细致的总结。

我们深知搞研究不可能一蹴而就，需要脚踏实地的去研究和探索。

“古之成大事者，不惟有超世之才，亦必有坚韧不拔之志。

”这句话在科研的道路上一直激励着我，我知道自己不聪明，也不博学。

所以只能通过自己的努力尽量做到最好！

做科研是一项非常需要耐心的工作，论文从成稿到发表做了十几次修改，我相信没有耐心，这件事肯定干不好。

这让我体验了科研过程中的奋斗之美！

从开始申请项目到如今，在这段时间里，心中充满了许多感慨，面临了许多困难和挑战。

特别是作为一名项目负责人，对项目中的种种都要进行详细的安排和规划，和指导老师、组员们要保持着密切沟通交流，认真的听取各方的建议，再把所得的建议综合起来，以便使我们对项目的进行合理化，更优化。

回想这段岁月，虽然很辛苦，但是我并没有退却，而是认认真真的去完成项目中的每一个任务。

更重要的是，在这一阶段，我收获了知识、技术，以及团队之间的交流与沟通协作能力。

那年，本着对大学生创新实验计划项目的热情和那一股年轻的干劲，我开始了新的旅程。

这一路下来，走过了不平凡的一年，这一年时间里，我没有了周末也没有了课余时间，而是专心致至的去做我们的作品。

本着一颗必能完成项目的决心，去设计项目的总体方案和项目各个方面的参数以及优化选择。

“不到长城非好汉”，如今，项目作品已经完成，看到团队研制出来的作品，心中无比欣慰，这使得我们尝到了胜利的喜悦。

在这过程中，我付出了很多汗水，也学到了很多知识。

首先说是团队交流协作能力。

有言道“人多力量大，柴多火焰高”，是的，作为一名负责人，更需要团队的团结、合作与交流。

在进行方案的确定时，出现过两种不同的方案，那时候，就需要我们大家进行交流，然后做出最优的方案选择。

项目能得以运转，主要是由于我们每一个月都对项目进行一次总结，总结哪些方面做得好，哪些方面需要改进，接下来又如何进行研究等等。

总之，“一堆沙子是松散的，可是它和水泥、石子、水混合后，比花岗岩还坚韧”。

当组长将这个项目组合完成之后，我知道了做一个项目不是一个人就能完成的，需要组员之间的配合，因为有的功能与别的人所做的功能是相连接的。

如果只顾自己，这个项目也不会完成。

这需要与组内的成员进行交流，以及组长的辛苦努力与组员们一起解决问题。

其次说是一种耐心，不单单是车一根轴或铣一个平面，每一个零件都是需要一份耐心一份认真和一份坚持才能够做好的，每一个零件的加工就是一个任务，如何将每一个任务完成到恰到好处就是平衡点的把握，就是需要一种平静的心态，一份耐心。

这个过程，培养了我的实践动手操作能力，也让我从书本的知识里边走了出来，更让我真正明白了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理。

再次是细心。

什么零件的加工和设计都需要细心的观察才能够体悟到其中的内涵，才能对这个设计有一定的掌握。

每一个零部件的加工，每一个机器机构的操作，每一个零件的设计及其为何这样设计这样设计的好处是什么都需要我们用一颗细心来观察来思考来掌握其中的奥妙。

在设计旋转部分的时候，两种提升方案，一个是通过斜齿轮副带动转盘转动。

另一种方案是通过链条来带动转盘的转动，然后经过与组员之间的讨论，最终采取了第一个设计方案。

这些细细的问题都培养了我严谨的工作态度。

这就让我更深的体会到细水长流的道理。

还有就是专心。

做任何事情都不能一日曝十日寒，而应该是持之以恒。

在我们做这作品的时候，无论遇到什么困难，我们从来没有退缩过，更没有放弃过，而是一一的去克服，图书馆就是我学习知识的宝库，我要专心的去学习，去好好的利用其中的资源。

然后再通过实际操作，对项目进行完整的制作。

我明白只有专心致志的去做，才能做得更好。

3月份这段时间是最忙的，这段时间，我们团队不断的去修改我们的作品，不断的去改进和完善。

特别是作为项目负责人的我，因为要进行机构很多地方要经过多次的修改，这让我觉得这段时间是过得最充实最有价值的。

常言道“温故而知新，可以为师矣”，确实如此，在执写材料的时候，我又对所学过的专业知识进行了一次学习，比如对AutoCAD、UG等软件的应用等等。

这个过程是艰辛的，但是我始终相信“吃得苦中苦，方为人上人”。

通过参与大学生创新计划项目，我了解了完成项目的各项流程以及作为一名项目负责人所要拥有的知识，也积累了一定的经验教训，充分认识到所学知识的不足，知道了自己专业知识的匮乏，视野还不够宽广，思维还不够敏捷，创新能力还不强，这促使我更有热情的去学习知识和运用知识。

其实，在做这个项目的全过程中，最让我们感动的是指导老师李竞老师给予了我们无限的支持和帮助，指导老师不辞劳苦的给我们指导，最大限度地为我们创造优越条件，让我们最终能很好的完成项目。

我代表项目组成员，感谢他们，感谢他们给以我们信心，感谢他们对我们的悉心指导！

进行项目的道路真的很艰难，但是无论道路有多艰难，唯只有我们始终坚持不懈，运用正确的方法思考问题并付诸行动，才能让我们有所作为。

大学生广西高校大学生创新创业计划项目结题心得体会

马桂香

能参与这次创新创业训练计划项目是一个展示自我的机会，但对于我来说更是一次学习成长的机会，我们小组每个成员有丰富的创新活动和科技竞赛经验，在他们身上，我看到了自己的不足，也正是自己和他们的差距才让我充满了学习的欲望，正所谓“见贤思齐”，他们的优秀激励着我。

在整个项目的过程中，作为一名组员积极参与项目的各项任务，其中，我主要承担的工作包括以下几个方面：

一、调查研究背景和收集相关资料

在开始对项目开始立项时，针对本项目的内容，我通过网络等途径，调查了目前我国模型加工设备的相关信息和知识，同时，在老师的指导帮助下，我还充分利用学校图书馆资源，通过阅读相关书籍，文献资料等方式学习相关理论知识，把握研究内容的基本情况，收集资料，并将自己所收集到的资料整理成文字材料，与组员们一起研究讨论，对项目进行更深入的完善。

二、参与项目机构研究与电脑建模

项目进行中期，在指导老师对项目的大方向进行确定之后，我们组员也对项目的机构一起进行了研究，大家运用自己所学的专业的相关知识来各抒己见，在不断的改动和完善之后，我们选出了最终方案，并进行电脑建模，我参与制作了其中的一部分零件和绘制设计图纸。

除了上面两项工作，在项目进行的时候，我们组员之间都没有太分明的分工，在项目负责人的统筹安排下，大家互相协作，使项目的研究不断的深入推进，最终完成项目。

回想一起完成项目的这段时间，每一个组员员都在项目中给予我很多的帮助，这个团队同舟共济，在项目中一直并肩前行，这种为同一目标共同奋斗的团结氛围特别让人有归宿感。

在这几个月中，我从我们优秀的组员身上及项目本身学到了很多经验收获了很多知识。

通过这次创新创业训练计划项目，我自身的一些能力也得到了一定的提高：

1.创新能力

我们大学生是将来国家建设的中坚力量，在一定意义上，我们就是国家的未来。

未来的科技创新、制度创新、观念创新是需要我们去开创的，所以我们要培养自己的创新能力，用创新思维去思考现实生活问题。

我们的课题名称是《多自由度电动桑叶采摘器》，我们能从创新视角，将社会热点问题与科技结合起来考虑，能获得课题立项，这也就是对我们创新能力、创新视角的肯定。

这次课题的立项让我对创新有了新的理解，创新不仅仅是创造新的事物，更是从新的角度来思考问题，找到各个事物表象背后所昭示的问题实质。

创新思维能开拓我们的视野，同时给我们的工作与学习带来不断的惊喜。

2.沟通交流能力

在项目研究中，我们需要通过有效地沟通来使项目计划与实施顺利进行。

我们项目组成员有三个人，来自不同的专业，每个人的观点与思考问题的角度都不一样，我们需要通过不断的沟通与交流，来实现大家在知识与观点上的分享。

而另一方面，我们的项目是需要通过实际动手来获得我们所需的数据与信息的，这也给我们的沟通交流能力带来挑战。

其次我们也需要时刻保持与指导老师的沟通，这能让我们及时的发现项目进程中的问题和错误，使研究回到正轨上来。

3.团队合作精神

项目是我们团队共同的项目，大家的目标是一样的，在团队合作中难免会因为观点的不同而产生碰撞，这时候需要我们以团队为重，以项目为主，全身心投入，并充分尊重团队中的成员。

我们组从项目立项之初成员之间的不太了解到现在发展成为很好的队友很好的朋友，这也见证了我们的团队合作能力。

每一个人的力量都是有限的，在团队中我们能聚集起每个人的能量，将之发挥到最大效用。

高尔基说：

“个人如果单靠自己，如果置身于集体的关系之外，置身于任何团结民众的伟大思想的范围之外，就会变成怠惰的、保守的、与生活发展相敌对的人。

”同样地，在科研活动中，除了个人努力，科研成果的取得更离不开团结合作，积极活跃的科研群体。

在一个科研氛围十分活跃，科研成果不断涌现的科研群体中，你将会发现每个人的思想都变得十分活跃，新的观点，新的想法不断出现，在这样的氛围中，原创性的工作可能就会产生。

当科研出现瓶颈问题时，讨论是团队合作最重要的形式，它是一个平等交流，听取别人意见