大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申請書

井岡山大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目申請書項(xiàng)目名稱自動化智能草莓采摘機(jī)項(xiàng)目類別創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目□創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目□創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目申請學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人邱家軍班級/專業(yè)機(jī)制16本(1)班/機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化電話/郵972491492@填表日期2017年12月7日井岡山大學(xué)教務(wù)處制填表說明一、本“申請書”由大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個人，在校內(nèi)外指導(dǎo)教師的幫助下完成填表工作。二、本“申請書”一式三份，經(jīng)批準(zhǔn)立項(xiàng)后分別由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、“井岡山大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園”和學(xué)校有關(guān)管理部門保存。三、項(xiàng)目類別：1、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目：指大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個人，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)、研究條件準(zhǔn)備和項(xiàng)目實(shí)施、研究報(bào)告撰寫、成果（學(xué)術(shù)）交流等工作。創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)具備一定的新穎性和創(chuàng)新點(diǎn)。2、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：指大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個人，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中扮演一個或多個具體的角色，通過編制商業(yè)計(jì)劃書、開展可行性研究、模擬企業(yè)運(yùn)行、參加企業(yè)實(shí)踐、撰寫創(chuàng)業(yè)報(bào)告等工作，達(dá)到創(chuàng)業(yè)模擬訓(xùn)練的目的。創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)具備大學(xué)生進(jìn)入社會后進(jìn)行創(chuàng)業(yè)活動的針對性。3、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目：指大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個人，在學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同指導(dǎo)下，采用前期創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)）的成果，提出具有市場前景的創(chuàng)新性產(chǎn)品或者服務(wù)，并以此為基礎(chǔ)開展創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動。創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)具備社會企事業(yè)單位背景、社會實(shí)踐特點(diǎn)和可操作性。四、專家組意見：如果沒有組織專家評審，該欄目可以不填。五、填表要求簡明扼要，表格空間不足的可以擴(kuò)展。

六、字體使用小四號仿宋體，單倍行距，雙面印制、裝訂；如有附件材料，可集中裝訂于“申請書”后面。項(xiàng)目簡介（主要內(nèi)容、背景資料、目的和意義）主要內(nèi)容：本項(xiàng)目所研發(fā)的草莓采摘機(jī)主要用于農(nóng)戶對成熟的草莓便捷式地采摘。草莓采摘機(jī)裝有一組攝像頭能夠精確識別草莓的位置以及通過顏色識別辨別草莓的成熟度，在形成圖像后可以傳達(dá)到農(nóng)戶配套的電腦軟件當(dāng)中。農(nóng)戶則可以通過電腦選中那些達(dá)到成熟標(biāo)準(zhǔn)的草莓；而當(dāng)采摘機(jī)接受到采摘這些選中的草莓指令后能夠一一將其采摘。草莓采摘機(jī)可以分為以下及部分；一，機(jī)械手臂：草莓采摘機(jī)的機(jī)械手臂用于攝像和摘草莓。手臂的前端設(shè)有攝像頭掃描手臂前段的影像并且將光學(xué)信號轉(zhuǎn)為電信號傳入處理箱（草莓采摘機(jī)的第二部分）；手臂在接受處理箱傳來的采摘信號后通過形成的圖像定位，手臂的剪切端會精確移動到要采摘的草莓前方將其采摘并放入傳送帶。二，處理箱：草莓采摘機(jī)的處理箱是一個箱體，它可以與草莓采摘機(jī)許多部位進(jìn)行通信，因而它是一個接受信息、處理信息、發(fā)送指令的部位。第一，它可以與機(jī)械手臂通信：處理箱能夠接受機(jī)械手臂傳來的電信號并且能夠進(jìn)行處理將其所掃描到的草莓與其他（比如草莓的葉子或土壤）進(jìn)行區(qū)別之后再進(jìn)行對草莓成熟度的打分；同時也可以發(fā)送指令讓機(jī)械手臂采摘成熟的草莓。第二，它與用戶的電腦通信：當(dāng)處理完機(jī)械手臂傳來的信號后會匯總發(fā)送新的信號給電腦終端，呈現(xiàn)對掃描后處理的結(jié)果（刪去了綠葉且標(biāo)識了草莓成熟度的圖像）；之后它也會接受用戶采摘草莓的信號并且進(jìn)行處理得出機(jī)械手臂的運(yùn)動方式和采摘方式。第三，它與滑動滑臺通信:它與滑動滑臺的通信應(yīng)該是一個單方面的，即處理箱單方面對其發(fā)送指令。當(dāng)處理箱得出采摘方式后會給滑動滑臺發(fā)送指令控制其將處理箱與機(jī)械手臂帶到目標(biāo)附近。三，傳送帶：傳送帶是一個獨(dú)立運(yùn)行的部位。一旦接通電源后它將會運(yùn)作，將采摘好的草莓傳入倉庫之中。此傳送帶具有柔軟特性，能保證草莓在下落的時不會影響草莓的質(zhì)量。四，絲桿滑塊：絲桿滑塊與固定的絲桿相嵌。絲桿鋪設(shè)在過道，當(dāng)絲桿滑塊接受到處理箱傳來移動信號，滑塊就會帶動其處理箱和機(jī)械手臂通過絲桿運(yùn)動到指定位置。絲桿滑塊要具有能長時間工作且摩擦小的特點(diǎn)。背景資料：隨著社會發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步大大地推動了我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模式也日益依賴于科學(xué)技術(shù)。無土化培養(yǎng)、自動化的摘培技術(shù)等等日益為我們農(nóng)業(yè)發(fā)展作出驚人貢獻(xiàn)。得益于這些技術(shù)，我國的農(nóng)戶紛紛開始大規(guī)模種植農(nóng)作物，這使得他們生活愈來愈好。而草莓的采摘效率化和自動化問題一直懸而未決。我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，草莓在采摘的過程中易壞因而沒有設(shè)備能夠大量且有效率的采摘，因?yàn)橛写罅砍墒斓牟葺驗(yàn)闆]有及時的采摘和保存而爛在了地里。在網(wǎng)上甚至有位網(wǎng)友調(diào)侃:別看現(xiàn)在科技發(fā)達(dá)，如今摘草莓還得用手來。顯然，在產(chǎn)品爆炸式增長的當(dāng)代，人工徒手采摘草莓早已格格不入甚至?xí)娃r(nóng)戶的收入。本項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)就在于解決此類問題。目的:本項(xiàng)目擬研發(fā)高性價(jià)比、效率高的草莓采摘裝置；可以安裝在草莓田壟間進(jìn)行來回的采摘。裝置不需要過多的處理和設(shè)置，用戶只需要在其電腦的APP上設(shè)置采摘成熟度為多上及其以上的或者指定采摘哪一個即可。本裝置可以在過道或進(jìn)或退，機(jī)械手臂可以采摘任何指定的草莓。值得注意的是本裝置可以在24小時工作避免那些沒有得到采摘后爛掉而造成的損失。本項(xiàng)目擬研發(fā)的裝置能在國內(nèi)作為草莓采摘裝置的參考，在市場占有一定的市場，為用戶增加收入，提高國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展。意義：傳統(tǒng)的草莓采摘就是人工，大量的種植使得采摘成為難題。機(jī)器替人采摘可以省去人的辛苦，再者機(jī)器可以24小時運(yùn)作直至采摘完成。本裝置可以極大降低用戶的勞動強(qiáng)度，避免因作物爛掉而造成的損失。研發(fā)的裝置在國內(nèi)具有一定的參考價(jià)值，引出更多更具價(jià)值的草莓采摘裝置。隨著新型農(nóng)業(yè)的不斷推廣和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)業(yè)機(jī)器人已逐步應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中強(qiáng)有力的主力軍，并促進(jìn)機(jī)械裝備向智能化方向發(fā)展。為此，自動化智能草莓采摘機(jī)將先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對水果的采摘、識別、運(yùn)輸?shù)纫幌盗泄ぷ鳎苊饬瞬葺烧獣r因人員不足帶來的損失，并且提高了水果的采摘效率，在水果產(chǎn)業(yè)中具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。申請理由（包括所具備的知識條件、特長、興趣等）知識條件：指導(dǎo)老師為機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械系數(shù)字化控制方面教授，熟知單片機(jī)相關(guān)知識，多次指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)創(chuàng)新項(xiàng)目的課題，并指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生創(chuàng)新大賽和機(jī)械創(chuàng)新大賽并且取得優(yōu)異成績。小組成員成績優(yōu)異，所學(xué)知識可在此項(xiàng)目中使用，達(dá)到學(xué)以致用，真正做到學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，有利于提高我們對知識的掌握程度。成員特長及興趣小組成員平時樂于制作機(jī)械、電子方面的小物件，擁有極強(qiáng)的動手實(shí)踐能力，組內(nèi)成員已經(jīng)自學(xué)完單片機(jī)的控制課程、圖像傳感技術(shù)及無線電技術(shù)等。小組成員均對機(jī)械設(shè)計(jì)有濃厚的興趣，學(xué)校注重以理論教學(xué)為主，缺乏了實(shí)踐操作，對于本次的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會，想借助此次機(jī)會完善自己專業(yè)知識素養(yǎng)，培養(yǎng)自己實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時這個也是現(xiàn)在社會需要的東西。三、實(shí)施方案（指實(shí)施計(jì)劃、步驟，技術(shù)指導(dǎo)，軟硬件條件等）總體方案:擬采取如圖所示的方案。設(shè)置一條絲杠，采用水平方式橫臥于機(jī)架上，然后控制箱控制其前行或者后退，處理箱和機(jī)械手臂安裝在絲杠滑臺上。采用無線或有線進(jìn)行數(shù)據(jù)、控制信號的傳輸。控制箱：控制箱基于成熟的PWM控制模塊改造而成。PWM信號為脈寬調(diào)制信號，其特點(diǎn)在于他的上升沿與下降沿之間的時間寬度。采用PWM信號不用隨時接收指令，減少CPU的疲勞程度；可以位置自鎖、位置跟蹤?？刂葡鋽M采用80C31單片機(jī)：80C31單片機(jī)，它是8位高性能單片機(jī)。屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標(biāo)準(zhǔn)MCS-51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。80C31內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計(jì)數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。但80C31片內(nèi)并無程序存儲器，需外接ROM。此外，80C31還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80C31有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。步進(jìn)電機(jī)擬采用ULN2003型：該步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電壓12V，步進(jìn)角為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。該步進(jìn)電機(jī)有6根引線，排列次序如下：1:紅色、2:紅色、3:橙色、4:棕色、5:黃色、6:黑色。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動信號必須為脈沖信號。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。若采用有線控制ULN2003的驅(qū)動，可直接用單片機(jī)系統(tǒng)的5V電壓，但力矩不是很大，可根據(jù)實(shí)際情況自行加大驅(qū)動電壓。采用此控制方法可輕易控制前進(jìn)速度，便于提高機(jī)械手臂的反應(yīng)靈敏度。傳送帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)：擬采用斗式輸送機(jī)：傳送帶系統(tǒng)的功用是將機(jī)械臂采摘的草莓運(yùn)輸?shù)讲葺幚斫K端——儲存端。傳送帶系統(tǒng)在機(jī)械臂工作的同時，保持持續(xù)的工作狀態(tài)，以保證草莓運(yùn)輸儲存的高效性。為了保證草莓的完整及質(zhì)量，傳送帶的外側(cè)材料要求質(zhì)地柔軟，且高度距離機(jī)械臂下放高度不超過30cm。利用斗式輸送機(jī)可以保證草莓不會擠壓到彼此，從而保證草莓成品質(zhì)量。斗式輸送機(jī)是一種輸送散裝貨貨斗的傳送帶，傳送帶連續(xù)不斷地將貨斗送到敞開的艙口上面的某一點(diǎn)后，再將貨斗向貨艙中倒空斗式輸送機(jī)，適用于糧食等行業(yè)一定粒度、塊度的物料和粉料的輸送。它包括有驅(qū)動裝置（含逆止裝置）、殼體（包括水平段、改向段）、及位于殼體內(nèi)的牽引鏈、料斗、頭輪和尾輪，在殼體的兩端設(shè)有加料段和卸料段，料斗的兩側(cè)通過聯(lián)接環(huán)分別與兩根平行的牽引鏈相聯(lián)接。頭輪上設(shè)有與牽引鏈相吻合的齒。其輸送形式為一字形、L形、Z形三種，在此我們選用一字形輸送方式。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是具有體積小、功耗低、輸送形式靈活、密封輸送等特點(diǎn)。三自由度機(jī)械臂由于草莓的生長方式各異，草莓的抓取需要機(jī)械力臂，目前市場上有足夠多的機(jī)械臂可以選取，技術(shù)也足夠成熟，再多次討論得出三自由度機(jī)械臂可以勝任。三自由度機(jī)械臂可以在空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動，保證可以精準(zhǔn)、有效地夾住草莓。完成草莓的夾取及剪斷后，機(jī)械臂再將夾取的草莓放置在傳送帶上。該機(jī)械手臂通過自主設(shè)計(jì)，最終將實(shí)現(xiàn)三自由度的運(yùn)作，從而保證草莓采摘的高效性。滾珠絲桿：擬選用GB6170-86型絲桿可以將步進(jìn)電機(jī)傳遞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)控制箱和機(jī)械手的直線運(yùn)動。在系統(tǒng)工作的同時還可以減小摩擦及其產(chǎn)生的熱量。此外其結(jié)構(gòu)為滾珠絲桿，材料為優(yōu)質(zhì)合金鋼可保證絲桿的耐磨及減摩性能。在傳動時，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動摩擦.因此它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)傳動效率高，滾珠絲杠副的傳動效率很高，可達(dá)92%?98%，是普通絲杠傳動的2?4倍；(2)定位精度和重復(fù)定位精度高，滾珠絲杠副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲杠的1/3左右，發(fā)熱率大幅降低，溫升減小并且在安裝滾珠絲杠副時采取以預(yù)緊方式消除軸向間隙等措施.使?jié)L珠絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度；(3)使用壽命長，滾珠絲杠采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面經(jīng)淬火熱處理后硬度高達(dá)60?似HRC，因此其實(shí)際壽命遠(yuǎn)高于滑動絲杠，從而彌補(bǔ)其制造成本高于滑動絲杠的不足點(diǎn)；(4)剛度高，滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度；(5)傳動的可逆性，滾珠絲杠副消除了在傳動過程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并傳遞動力這兩種傳動方式。因此滾珠絲杠副具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以在該機(jī)構(gòu)中采用滾珠絲杠，但是由于滾珠絲杠副的摩擦因數(shù)小、不能自鎖，所以當(dāng)作用于垂直位置時.為防止因突然停電而造成主軸箱自動下滑，必須加有制動裝置。實(shí)施計(jì)劃及步驟2017.12—2018.02：小組成員借助網(wǎng)絡(luò)和校內(nèi)圖書館查找文獻(xiàn)；討論確定技術(shù)方案；2018.02—2018.06：根據(jù)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬仿真；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2018.07—2018.