大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申請(qǐng)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(qǐng)書項(xiàng)目名稱自動(dòng)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(qǐng)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人邱家軍班級(jí)/專業(yè)機(jī)制16本(1)班/機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)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(qǐng)書”由大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個(gè)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(qǐng)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(gè)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(gè)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(gè)或多個(gè)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(huì)后進(jìn)行創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的針對(duì)性。3、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目：指大學(xué)生團(tuán)隊(duì)或個(gè)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(chǎng)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(dòng)。創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)具備社會(huì)企事業(yè)單位背景、社會(huì)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(píng)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(hào)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(qǐng)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(duì)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(shí)別草莓的位置以及通過顏色識(shí)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(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)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(hào)后通過形成的圖像定位，手臂的剪切端會(huì)精確移動(dòng)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(gè)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(gè)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(hào)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(duì)草莓成熟度的打分；同時(shí)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(hào)后會(huì)匯總發(fā)送新的信號(hào)給電腦終端，呈現(xiàn)對(duì)掃描后處理的結(jié)果（刪去了綠葉且標(biāo)識(shí)了草莓成熟度的圖像）；之后它也會(huì)接受用戶采摘草莓的信號(hào)并且進(jìn)行處理得出機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)方式和采摘方式。第三，它與滑動(dòng)滑臺(tái)通信:它與滑動(dòng)滑臺(tái)的通信應(yīng)該是一個(gè)單方面的，即處理箱單方面對(duì)其發(fā)送指令。當(dāng)處理箱得出采摘方式后會(huì)給滑動(dòng)滑臺(tái)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(gè)獨(dú)立運(yùn)行的部位。一旦接通電源后它將會(huì)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(shí)不會(huì)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(dòng)信號(hào)，滑塊就會(huì)帶動(dòng)其處理箱和機(jī)械手臂通過絲桿運(yùn)動(dòng)到指定位置。絲桿滑塊要具有能長時(shí)間工作且摩擦小的特點(diǎn)。背景資料：隨著社會(huì)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步大大地推動(dòng)了我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)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(shí)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(chǎng)占有一定的市場(chǎng)，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(shí)運(yùn)作直至采摘完成。本裝置可以極大降低用戶的勞動(dòng)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(gè)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(dòng)化智能草莓采摘機(jī)將先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水果的采摘、識(shí)別、運(yùn)輸?shù)纫幌盗泄ぷ?，避免了草莓采摘時(shí)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(qǐng)理由（包括所具備的知識(shí)條件、特長、興趣等）知識(shí)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(shí)，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(shí)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(duì)知識(shí)的掌握程度。成員特長及興趣小組成員平時(shí)樂于制作機(jī)械、電子方面的小物件，擁有極強(qiáng)的動(dòng)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(duì)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(duì)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(huì)，想借助此次機(jī)會(huì)完善自己專業(yè)知識(shí)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(shí)這個(gè)也是現(xiàn)在社會(huì)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(tái)上。采用無線或有線進(jìn)行數(shù)據(jù)、控制信號(hào)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(hào)為脈寬調(diào)制信號(hào)，其特點(diǎn)在于他的上升沿與下降沿之間的時(shí)間寬度。采用PWM信號(hào)不用隨時(shí)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(chǔ)器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。但80C31片內(nèi)并無程序存儲(chǔ)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(shí)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(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)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(dòng)電壓12V，步進(jìn)角為7.5度，一圈360度，需要48個(gè)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(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。若采用有線控制ULN2003的驅(qū)動(dòng)，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(dòng)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(chǔ)存端。傳送帶系統(tǒng)在機(jī)械臂工作的同時(shí)，保持持續(xù)的工作狀態(tài)，以保證草莓運(yùn)輸儲(chǔ)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(huì)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(dòng)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(chǎng)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(dòng)，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(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)控制箱和機(jī)械手的直線運(yùn)動(dòng)。在系統(tǒng)工作的同時(shí)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(dòng)時(shí)，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動(dòng)摩擦.因此它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)傳動(dòng)效率高，滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，可達(dá)92%?98%，是普通絲杠傳動(dòng)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(dòng)力矩減少至滑動(dòng)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(shí)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(dòng)絲杠，從而彌補(bǔ)其制造成本高于滑動(dòng)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(dòng)的可逆性，滾珠絲杠副消除了在傳動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞動(dòng)力這兩種傳動(dòng)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(shí).為防止因突然停電而造成主軸箱自動(dòng)下滑，必須加有制動(dòng)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.