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城市路边垃圾筒自动换袋机械手
2012-03-03 16:23  

城市路边垃圾筒自动换袋机械手

案例摘要

成员 鲍岩 机械工程学院 0502班 机械设计制造及其自动化专业

杜长江 机械工程学院 0502班 机械设计制造及其自动化专业

金渤昕 机械工程学院 0502班 机械设计制造及其自动化专业

指导教师 梁延德 机械工程学院 教授

针对城市路边垃圾筒的垃圾袋更换和收集作业中存在的劳动强度大,作业条件差,不利于身体健康,和二次污染等问题,设计了一种可以人工辅助的自动换袋机械手。

此机械手具有抓袋、提袋、束袋、封口、放入新袋5项基本功能。以机械设计实现各功能,人力操控。结构简单、操作方便、体积小、重量轻、维护方便。此机械手可使环卫工人不接触垃圾袋进行作业,可以装配成为移动式小车,也可以安装在垃圾转运车上。

一、 项目的选题背景

在选择课题的时候,我们首先考虑到现在社会上最热门的主题——“绿色与环境”,并具体考虑了很多相关的机械产品的创新设计与制作,如环保机械、环卫机械、厨卫机械等。我们之所以选择“城市路边垃圾筒自动换袋机械手”这个题目,主要考虑到现实中确实存在问题,而且还没有人解决。我们作为机械设计制造及其自动化专业的学生,在实践基础和知识基础上有一定的积累。在工程训练创新实践基地,我们有很多的动手机会,有利于提高创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神,加强动手能力的培养和工程实践的训练,提高我们针对实际需求进行创新思维、机械设计和工艺制作等实际工作能力。

二、 项目成员的组成特长分工及成员间相互协调配合的情况

我们已经学习了很多专业基础课和专业课,可以将书本上的知识应用到创新制作中去,在机械机构方面进行创新制作有一定优势。首先,我们三人各有特长,一人基础知识特别扎实,对书上的已经学过的内容理解深刻;一人计算能力强;另一人思路开阔,思维活跃,善于创新。针对项目工作量大、而每个人的时间和精力有限的问题,根据每个人的优势将这个项目分成工作量均衡的三个部分,以确保高效的完成项目。每周开例会时,每个人汇报本周的进展,小组成员还要讨论项目的整体方案。在平时做项目的时候,如果遇到问题就及时向导师请教。小组成员与导师每周至少进行一次讨论,这样导师就可以把握我们的工作方向,避免工作方向偏离重心。

自从2007年9月,申报项目获得批准后,我们先后进行了方案设计、机构设计与试验、样机制作。目前正在进行样机修改。 我们已经做好的样机基本上可以实现所需功能,但是仍然有许多需要改进的地方。

期间,参加了第七届大连理工大学机械设计大赛,第七届辽宁省大学生机械设计大赛。参加在中南大学举办的首届全国大学生创新论坛,并在全国大学生科学大会上作了学术报告。入选首届全国大学生创新论坛“我最喜欢的项目”之十大大学生创新成果。

三、 项目的创新点与特色

机械省力结构,减轻工人劳动强度;不接触垃圾袋进行作业,改善作业条件;一套机械装置完成多种动作,且结构简单,操作、维护方便。

四、 项目实施的进展情况及初步取得的创新成果

完成样机制作;获第七届辽宁省大学生机械设计大赛二等奖;入选首届全国大学生创新论坛“我最喜欢的项目”之十大大学生创新成果。

图1 第七届辽宁省大学生机械设计大赛二等奖

图2 首届全国大学生创新论坛“我最喜欢的项目”

五、 项目实施过程中的收获与体会

我们小组从事本创新课题的研究总共有一年多的时间了,初步取得了一些创新成果,在整个过程中,我们付出了很多,但收获的更多。我们在理论设计和实践制作中充分锻炼了自己,完善、充实已学知识,并培养自主创新和动手的能力,不断积累经验,为今后进一步从事科研事业和工作打下了坚实的基础。

首先,在研究过程中,我们从身边出发,充分发挥了团队的主观能动性。从确定项目方向、开展实际调研到明确要解决的问题、确定解决问题的相关方案,我们进行了大量的实际调研,仔细分析了清洁工人更换垃圾袋的整个过程,经过多次的实验和论证,理论联系实际,完成了整个机械手方案的理论设计。在这漫长的设计完善方案的过程中,我们充分体会到了老师的一番话语的涵义:一个项目的整个完成过程中,确定方案将要花去大约三分之一甚至更多的时间,而且这些时间是不可减少的。在这个过程中,我们将已学的基础知识与具体的应用场合相结合,巩固并升华了已学知识,增强了思考和自主创新的能力。进入模型制作阶段,我们在实践过程中更是受益匪浅。真正进入了实际制作过程中,我们发现理论设计与实际制作之间还有很大距离,许多机构的尺寸必须充分考虑所选材料的形状和尺寸,尤其是在有较高制造精度的情况下更显重要,于是,我们开始选材,修改方案,重新设计尺寸,绘制机构装配图,又把工程实际问题与机械设计、机械原理等课程所学知识进行结合,并进行了升华和应用,这个过程最贴合生产实际,对我们的要求也是最高的。随后的实物制作过程,我们充分利用了工程训练中心的资源和环境,应用各种设备如车床、钻床、激光雕刻机、线切割机床等的同时,也从中心的老师和学长那里学到了许多加工工艺和方法,学到了许多制造经验和技巧,经过几周的忙碌,我们已经成功完成了模型的制作。

其次,我们培养了人际交往和沟通能力,建立了团队精神,为就业和将来的工作取得了一些宝贵的实践经验。我们小组由三名本科生组成,在实践过程中充分体验到了团队的重要性。我们各有专长,但都不足以独立完成一项相对复杂的任务,只有我们取长补短,以团队为重,才有可能有所成果。在研究过程中,我们适时、恰当的进行沟通;周围的老师和学长也给予了我们极大的帮助;我们还经常到五金市场、装修材料市场等地方购买材料和器件,在一切与他人的交往过程中,我们锻炼了人际交往和沟通能力。

再次,我们学习了一些专业相关的设计绘图软件。以前,我们只会使用简单的软件,AUTOCAD也不是很熟练,但这些已经不能满足项目的需要。我们在进行机构的造型和运动仿真时,到图书馆查取相关机械方面的专业造型软件资料,并利用课余时间学习了SOLIDWORKS和PRO/E等软件,利用这些软件我们得以成功造型,并且进行了方案论证和运动仿真,从而达到了预期目的,而这些实践和锻炼只有在整个项目的研究过程中才能体会到,许多零散的专业知识和经验也正是在这些循序渐进的过程中不断积累起来的。

其实,创新这条路很艰辛,却并不是那么遥不可及,只要你有足够的知识沉淀,并有善于思考、乐于探索的头脑,有不怕挫折、无所畏惧的毅力,你就一定会有所成就。以前,总感觉创新和科研项目离我们这些本科生很遥远,我们对它似乎是一无所知,经历了这段时间的共同奋斗、相互勉励、相互学习,我们改变了认识:只要脚踏实地的做事,没有什么困难的;创新源于实践;只有你想不到的,没有你做不到的。我们不仅仅学会了一些在课本里根本无法学到的知识,更重要的我们学会了怎样去汲取相关知识,怎样去认识和研究一个新课题,所有的这一切该从何做起。

国家UIRT计划给了大学生一个自己独立创新设计与制作的机会,使我们能够将书本上学到的东西更深刻的理解并应用到项目中去,提高了我们的创新意识和实践精神。在研究的过程中,我们认识到“团结、协作才能高效完成任务”。当然,尽管目前我们小有成绩,但我们还有更加艰巨的任务要做,还有更多的困难在等着我们这个团队,我们会继续并肩作战,为圆满的完成整个项目继续努力奋斗。

图3 定位机构图

图4 抓袋机构整体图

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