机械创新设计大赛获奖作品.docx

机械创新设计大赛作品作品名称：机械创新设计项目-智能自动化农业种植系统摘要：本作品致力于通过智能自动化技术，解决传统农业种植中的劳动力不足、生产效率低下和资源浪费等问题。

设计了一套智能自动化农业种植系统，通过集成物联网技术、人工智能和机械工程，实现种植过程的自动化、智能化和高效化。

【综述】本项目旨在实现农业种植过程的自动化，减少大量劳动力的投入和提高生产效率。

通过集成不同的智能设备和系统，如无人机、自动灌溉系统、智能温室等，实现对作物的精确管理和细致监控，从而提高种植过程的质量和产量。

【系统设计】本系统的核心是一个智能农场管理系统，通过物联网技术连接各个智能设备，实现对农场种植过程的实时监控和智能管理。

无人机负责进行作物的巡检和喷洒农药，减少人工喷洒的时间和劳动力成本。

自动灌溉系统根据作物的需水情况自动进行灌溉，节约用水资源，避免浪费。

智能温室通过温度、湿度和光照传感器实时监测环境条件，自动调节温室内的气候，提供最适宜的生长环境。

【创新点】1. 通过无人机实现作物巡检和农药喷洒的自动化，提高效率，减少人力和时间成本。

2. 自动灌溉系统根据作物的需水情况自动调节灌溉，减少资源浪费。

3. 智能温室通过实时监测环境条件，自动调节温室内的气候，提供最适宜的生长环境。

【应用前景】本系统可以应用于大规模农场以及垂直农场等农业生产领域，提高种植效率和产量，减少人力投入和资源浪费。

该系统还可以通过远程监控和控制，实现对农场的全时段实时管理，提高农场的经营效率和可持续发展能力。

【结论】通过智能自动化技术的应用，本设计旨在解决传统农业种植中的劳动力不足、生产效率低下和资源浪费等问题。

该系统以其智能化、自动化和高效化的特点，可为农业生产领域带来创新和改进。

在未来的研究中，我们将进一步完善和优化该系统，以提高农业生产的可持续性和环境友好性。

直立式自行车停车装置本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖1.设计目的自行车自从被发明以来,一直是人们重要的交通工具之一。

近年来有鉴于机动车尾气对环境所造成的影响，在各级政府、民间机构以及热心厂商的鼎力支持和积极协助下，人们开始以更宽广的视角正视自行车在休闲、健康、环境保护及观光旅游等方面的功能，构建骑车环境、提升骑乘风气，实践自行车新生活，让自行车发挥更大效益。

在高度发展的城市中，土地资源极其有限。

自行车乱停乱放、失窃等问题，一直困扰着城市发展。

自行车成为休闲运动后，多功能与高单价的产品不断推出，自行车停放的问题更加突显。

本装置就是一种可以将自行车直立停放以节省空间、实现自行车有序停放的自行车停车装置。

2.工作原理1）整体展示直立式自行车停车装置提供了一种简单机械用于自行车竖直停放。

如图1所示,本装置主要由前轮固定装置、U型锁解锁装置、升降机构及用于导引前轮固定装置升降的导轨组成。

2）细节说明为了更好地介绍本项目，现结合图2所示的装置示意图来进一步说明。

前轮固定装置中，U型锁4用于卡自行车前轮,卡锁板9用于卡U型锁，限位挡板与卡锁板9通过长销连接，限制卡锁板向下转动。

将自行车前轮对准U型锁4后向里推，U型锁4顶起卡锁板9,然后卡锁板9卡住U型锁4,进而锁住前轮。

U型锁解锁装置中，弹簧13与踏板12连接，用脚踩下踏板后弹簧13的弹力能够使踏板12复位。

向下踩踏板，经连杆11传动，推销10向上运动，将卡锁板9顶起,U型锁4解锁，可以顺利取出自行车。

升降前轮固定装置的升降机构中，蜗轮蜗杆减速电动机7带动旋转轴6转动，钢丝绳拉动滑块3 沿导杆5上升，实现自行车直立放置。

用于导引前轮固定装置升降的导杆5由两个SBR箱式滑块导轨组成，导杆一端与下支承板垂直固定连接,另一端与上支承板垂直固定连接。

两导轨互相平行，距离固定。

两导轨与滑块3配合，实现前轮固定装置的升降运功。

3 .设计方案1)操作方法停车时：(1)将自行车前轮对准U型锁4,然后推动自行车向前。

全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品1.基于并联机构和分布式控制系统的多功能机器人哈尔滨工业大学2.微生物培养液自动抽取喷涂机微生物培养液自动抽取喷涂机”，作为生物与机械自动化两学科交叉的产物，集电、气、自动化于一体，其设计目标是克服人工操作存在的种种缺陷，创建独特的分离方法，以操作简便、分离效果好、效率高、节省人力及资源等的全自动化操作，替代人工完成分离的操作过程。

经试验，用“微生物培养液自动抽取喷涂机”操作后培养生长的菌，落在培养基上的分布比人工操作的均匀，这样不仅便于从各个方向上取用所需的单菌落，也大大提高了培养基的利用率3.“先锋号”自适应可翻转探测车在搭建的障碍上发生翻转，以模拟车在野外恶劣地形下发生的车体翻转。

这一成功的演示给评委们留下了深刻的印象，得到了评委们的一致好评。

在观看完“先锋号”精彩的功能演示后，评委们就车的结构和自适应程度提出一系列问题，参赛队员彭竹云和胡彬针对评委的问题作出简略而清楚的回答。

队员们不慌不忙地将车的所有功能展示给他们，其中有的评委要求“先锋号”展示翻转１８０°的功能。

“小菜一碟”，这难不倒“先锋号”！队员徐侨荣使“先锋号”在评委和围观的观众面前翻转了好几转。

为了展示“先锋号”的自适应能力，在彭时林的配合下，徐侨荣还让“先锋号”表演了连续翻转１８０°的功能。

“先锋号”二代以其过硬的自适应能力、独到的旋转仓设计、自动驾驶、安全检测、ＰＷＭ调速等性能，令评委们大为赞叹。

这不仅显示了“先锋号”的创新性，也充分展示了“先锋号”的科学性和实用性。

后来其他的评委也陆续到来，队员们来不及休息就又要进行讲解和演示。

有的评委看到“先锋号”出色的表现后，故意用脚设障来使车体翻转以检测“先锋号”的可翻转性能。

虽然队员们万分不舍，但还是大度地让“先锋号”接受严峻的考验。

令参赛队员们信心倍增的是：不论一代还是二代，在这严峻的考验下更显其神勇，越发表现得出色。

背负式全方位剪切柑橘类水果采摘装置本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖1.设计目的现代化机械装置正在逐渐代替人类原始的劳动工具和劳动方法，机器人采摘由于技术和成本的原因，在今后较长时间内无法投入实际应用，在这种背景下，机械式釆摘将占据主流。

目前果园的机械式采摘主要有振摇式、撞击式和切割式。

但是振摇式和撞击式的采摘机械的效率普遍较低，采摘的损伤较高，也不适用于釆收易损伤、要求完好率高的新鲜食用水果和贮藏用水果。

而切割式釆摘是将树枝或果柄切断使果实与果树分离的采摘方式，在切割完之后能立即放入果篮中，可避免果实坠落至地面，减少损伤。

因此切割式采摘器的应用前景显得十分可观。

2.工作原理本设计的水果采摘装置结构简单，主要由背负装置、采摘杆、全方位切割刀头、软管、篮子等组成，其中采摘杆是可伸缩杆，用以满足不同高度的采摘任务。

果农驱动操作手柄可驱使采摘刀片进行剪切，水果被剪切下来后，顺着用尼龙材料制成的水果运送管道掉进水果筐里。

用柔软材料制成的运送管道可保证水果表面不受摩擦，从而保证水果的质量和质地。

若果农把釆摘刀片更换为套袋装置，则可以进行水果的套袋工作，方便快捷，效率高。

同时果农也可以用采摘器的头部作为支架进行农药喷洒和修剪树枝工作。

综上所述，该简易型水果采摘装置实现了农业生产中的不同工作的集中。

为减轻本装置对使用者右臂的负担，在杆的（从近地端算起）1/3处安装一根拉簧，可分担一部分作用力，减轻使用者的负担。

背负式水果采摘装置示意图如图1所示。

刀头结构示意图如图2所示。

刀头剪切机构是由多个结构相同的刀片组成的，在此只对一个刀片进行分析。

如图3所示，在刹车线的牵引下，活动刀片会绕着固定轴向下转动，其刀刃与固定刀片的刀刃相交错，从而实现剪切；在一次剪切完成之后，在小压簧的作用下活动刀片回复到原位置，进行第二次剪切。

在安装时，用M3的螺母和螺钉及3 mmX7 mm X0.5 mm的垫片装配固定刀片和活动刀片，一共安装15组此装配体，再把它们均匀安装在直径为150 mm 的环形刀头上。

便携式水果采摘装置本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖1.设计目的我国不仅是水果生产大国，同时也是第一消费国。

国民对水果旺盛的需求为果园种植业创造了巨大的市场，果园种植业具有广阔的发展前景。

传统人工釆摘的方式易造成果实损伤，同时，采摘不及时将会导致经济上的损失。

为了节约人力物力,提高果农的经济效益，开展采摘器械的研究有重要的意义。

目前普遍使用的半自动机械式釆摘器对外界环境伤害大、通用性差、操作复杂。

基于这样的研究现状，我们设计了一种新型的电动机械式采摘机。

该器械采摘时对外界环境干扰小、工作可靠方便、通用性强，适用于大多数果园种植水果的釆摘。

2.工作原理根据分离果树与果实的方式，目前大部分末端执行器大体分为两类:第一类是强行拉断果梗来实现果实与果树的分离;第二类是先用夹具加紧果实，再通过剪刀、锯条、高压水枪、激光等工具切断果梗，从而将水果从果树上釆摘下来。

第一类采摘执行末端容易拉断其他枝条,对果树的伤害较大。

而第二类采摘执行末端也存在较多缺点：其一，执行器在切断果梗之前，要先用夹具夹住果实，夹具的夹紧力很难控制，过小会导致果实脱落,过大则会损坏水果;其二，准确抓取果实对机器人视觉系统以及机械手的控制要求较高，微小的误差都会导致采摘失败。

本次设计釆用的剪切执行机构的俯视图如图1所示。

该切割装置由动定切割刀组和伺服电动机组成，控制系统通过控制伺服电动机往复旋转从而带动切割刀切断果柄。

同时，我们建立了活动刀片在剪切果柄时受到的切应力模型并结合该模型对伺服电动机进行选型。

釆集水果时手动控制红外信号发射装置，单片机接收信号后控制电动机转动,进而对水果枝梗进行剪切。

切割时，单片机通过实时监测伺服电动机的工作电流做出相应的控制策略，以防止果柄过硬刀片无法切断导致伺服电动机堵转的情况发生。

切掉的水果经过下落口直接输送到水果采集箱当中，同时实现水果的摘取、收集工作。

红外发射装置如图2所示，该机构釆用收缩式的折叠方法。

“燕反哺”——以重力势能与动能转换驱动的摆球“永动器”指导老师：袁焕参赛学生：杨洋（08级车辆工程）梅迎春（08级车辆工程）周红瑞（08级交通运输）目录绪论 (3)课题来源 (3)作品意义 (3)产品应用 (3)1设计说明书 (4)1.1、原理设计与计算 (4)1.1.1、原理设计 (4)1.1.2、计算 (5)1.2、结构设计与计算 (7)1.2.1、结构设计 (7)1.2.2、计算 (8)1.3、装配图设计与图纸 (10)1.3.1、装配图设计 (10)1.3.2、装配图图纸 (10)2工程管理方案 (11)2.1、工作任务分解 (11)2.2、进度计划 (12)2.3、质量控制 (12)2.3.1加工精度 (12)2.3.2、表面质量 (14)3加工工艺方案 (16)3.1、底座 (16)3.1.1、加工方法 (17)3.1.2、工序和工步内容 (17)3.1.3、定位与装夹 (18)3.1.4、机床与刀具 (18)3.2、基座 (18)3.2.1、加工方法 (19)3.2.2、工序和工步内容 (19)3.2.3、定位与装夹 (21)3.2.4、机床与刀具 (21)3.3、外壳 (21)3.3.1、加工方法 (21)3.3.2、工序和工步内容 (21)3.3.3、定位与装夹 (22)3.3.4、机床与刀具 (22)4成本分析方案 (23)4.1、标准件成本 (23)4.2、材料成本 (23)4.2.1、钢材 (23)4.2.2、其他 (24)4.3、加工成本 (25)5徽标设计制作 (26)5.1、设计思想 (26)5.2、制作加工方法 (26)5.3、定位与装夹 (27)5.4、工序和工步内容 (27)5.5、机床与刀具 (27)5.6、切削用量 (27)6滚道的制作 (28)6.1、加工方法 (28)6.2、工序和工步内容 (29)6.3、定位与装夹 (29)6.4、机床与刀具 (29)6.5、铣削用量 (30)绪论课题来源第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛湖北省预赛命题3，以重力势能与动能转换驱动的摆球“永动器”。

全国大学生第一届机械创新设计大赛获奖作品展示全国一等奖北京化工齿动多功能平行口钳北京化工齿动多功能平行口钳北京化工齿动多功能平行口钳大连理工机械式自动节水水龙头第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车东南大学自适应可翻转探测车东南大学自适应可翻转探测车东南大学自适应可翻转探测车东南大学自适应可翻转探测车福大节流阀型高楼逃生器福大节流阀型高楼逃生器福大节流阀型高楼逃生器国防科大行星轮式登月车国防科大行星轮式登月车国防科大行星轮式登月车国防科大行星轮式登月车哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机器人哈工并联与分布控制机哈工并联与分布控制机哈工并联与分布控制机器人器人器人哈工并联与分布控制机器人哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工程仿生机器蟹哈工大微定位仿生机器人哈工大微定位仿生机器人海军工程大学摆式特种发动机天津大学爬杆喷漆机器人天津大学爬杆喷漆机器人中国农大菌液自动抽取喷涂机中国农大菌液自动抽取喷涂机重庆大学半球体螺旋沟槽数控研磨机重庆大学半球体螺旋沟槽数控研磨机重庆大学半球体螺旋沟槽数控研磨机全国二等奖北工大助力器北工大助力器北工大助力器长春理工轮足式机器人长春理工轮足式机器人长春理工轮足式机器人长春理工轮足式机器人大连理工蚯蚓爬行器大连理工蚯蚓爬行器东北大学圆柱凸轮数控铣削加工装置哈工程螺旋传动管道机器人海军工程大学舰船探测者海军工程大学舰船探测者华东理工易拉罐有偿回收装置/华南理工健身洗衣机华南农大气动式龙眼去核机华南农大气动式龙眼去核机南昌大学脉动式无极变速器上海交大可折叠崎岖表面自适应障碍小车上海交大可折叠崎岖表面自适应障碍小车西安电子科大新型球形机器人西安思源学院纱线卷绕防叠机西北工业大学方形区域喷灌龙头西南交大液压式无极变速器西南科大环卫保洁清扫自行车西南科大环卫保洁清扫自行车浙大虫虫小强浙大虫虫小强全国三等奖安徽工大新型立轴风力机北航仿生虫北航基于仿生的高适应性六足机器人北航爬杆爬管道年用机器人北科大自行车防盗锁成都大学球形机器人运动结构创新设计成都电机高专自适应上下非等高台阶小车东南大学智能机器鱼哈工大汽车同步照明灯湖大两足行走机器人华南农大机器昆虫步行机构华中科大仿生机械灵巧手昆明理工草坪剪草机兰州交大智能型全开式窗户辽宁工程技术大学爬杆爬绳机器人陕西科大揉搓式洗衣机陕西科多功能自走式清洁车四川工程职业技术学院异形齿轮泵天津大学双轴连动摩擦式翻谱台西华大学科氏加速度观察试验台新疆大学上下楼梯搬运机器人浙大仿生壁虎重庆工商大学楔铁式滚针超越离合器重庆工学院无机变速行星轮系操纵机构第二届机械创新设计大赛参赛作品展示螺旋电机爬楼梯机器人自行履带闭链两足步行机器人轻便按摩器新型三维仪自动清洁器旋转展示台仿生虫家用采棉机爬杆机器人。

大学生机械创新设计大赛一等奖作品展示
7月28日，第七届全国大学生机械创新设计大赛决赛在济南落幕，共有全国638所高校的4000多件作品参赛。

借此机会，我们来回顾下第六届全国大学生机械创新设计大赛的一等奖作品，由南昌工程学院的学生设计的：行走式组合机构演示教具。

创作背景：需要开发一种可行走的组合机构装置来演示这些机械结构，以帮助同学们更好地理解各种机械机构的运动和形成原理。

设计思路
结构简单，可行走，可远程遥控，体型小，适合教学
可实现多种机械结构以及简易机械实例的演示
对作品的执行机构、传动机构、原动机构合理分配
作品利用曲柄摇杆,曲轴连杆,双摇杆的相互作用，实现作品的仿生功能；采用无线遥控，通过单片机编程，可实现10余组机械结构以及两种简易机械实例的演示。

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旋转式苹果采摘机械手本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖1.设计目的我国是世界上最大的苹果生产国和消费国，苹果种植面积和产量占世界总量的40%以上,在世界苹果产业中占有重要地位。

根据苹果树的生长和栽培特性,将所设计苹果釆摘机械手的适用范围设定为：果实直径50〜100 mm,树高3〜4 m,进行采摘作业的人员身高170 cm左右。

目前我国苹果果园面临的一大困难就是没有操作简单且成本低的苹果采摘器，无法高效釆摘苹果。

采摘苹果不仅要耗费大量人力资源，还要花费大量时间与精力进行搬运，且要保证苹果的完整度，同时对离地3 m左右的果实进行采摘具有很大的危险性。

综合以上因素，我们设计了一个危险系数较小、方便果农进行苹果釆摘的旋转式苹果采摘机械手。

2.工作原理1）理论为了实现苹果的采摘功能，所设计的旋转式苹果采摘机械手参照苹果的外形特征，模仿人工采摘苹果的动作来设计。

旋转式苹果釆摘机械手主要由伸缩杆、双手指旋转机械手、牛津伸缩网兜、旋转切割传感器、旋转刀头等机构组成。

（1）伸缩杆。

利用伸缩杆可以随时调节杆的长度，即可以达到采摘不同高度处苹果的目的，提高采摘效率。

当需要伸长或缩短时，放松螺旋紧固件，两个杆之间的摩擦力减小，实现伸长或缩短。

当达到要求长度时，拧紧螺旋紧固件，两杆之间的摩擦力增加，防止相对滑动。

（2）双手指旋转机械手。

本旋转式苹果采摘辅助器的机械手有两根机械手指。

其中比较宽大的一根起到固定和夹紧的作用，另一根机械手指带有旋转刀头。

当伸缩杆对准苹果时,宽大手指会包裹苹果，防止苹果掉落,并在剪切时给予苹果支承。

另一根手指通过旋转切割，可以快速高效地将苹果蒂切断。

（3）旋转切割传感器。

当机械手控制住苹果，控制尖端抵到蒂的底端时，传感器会向下发出信号，开关处接收到传感器的信号时，提示操作人开始剪切。

这样的控制系统能够保证切到苹果蒂的底端，而且可以减少高度差带来的视觉障碍。

2)验证(1)固定装置。

我们设计的水果采摘器的机械结构比较简单，其主体是俯视时圆心角为60。