機械創(chuàng)新大賽作品仿生睡蓮設計說明書武漢工業(yè)學院

1、2012年湖北省高校大學生機械創(chuàng)新設計大賽暨第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽湖北分區(qū)預賽仿生睡蓮設計說明書第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽作品報名表參賽作品名稱仿生睡蓮所在學校 武漢工業(yè)學院郵政編碼430023聯(lián)系人柯添津聯(lián)系人通訊地址武漢市常青花園中環(huán)西路特一號武漢工業(yè)學院電 mail365583413參賽者姓名性別班級所學專業(yè)1柯添津男機制093班機械設計制造及其自動化2曾 希男機制093班機械設計制造及其自動化3王 雙女機制092班機械設計制造及其自動化4彭舜堯男電氣自動化093班電氣自動化5楊利華男機制092班機械設計制造及其自動化指

2、導教師姓名性別職稱專業(yè)1李詩龍男教授食品機械2滕紅華女副教授機械設計作品內容簡介（400字以內）現(xiàn)代家庭中人們越來越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒有動態(tài)效果。因此，設計一種仿生花不僅無需照顧達到裝飾美觀的效果，還能達到與人互動、娛樂家庭的目的。仿生睡蓮主要有機械動作和電路控制兩大部分：機械部分主要完成花托的旋轉運動并帶動連桿機構和螺旋滑塊控制花瓣的開合；電力部分提供動力，并完成信號的收集、處理與反饋。在白天，睡蓮處于閉合狀態(tài)，當人走近時睡蓮花瓣會自動開放，當人離開一定距離時花瓣又會自己慢慢閉合； 在晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。

3、人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當人對睡蓮拍掌、呼喚時睡蓮才會綻放，并播放音樂，與人互動。仿生花的設計具有較強的表現(xiàn)力，為今后娛樂產品的設計提供了新的方向。目錄一、作品背景與市場現(xiàn)狀3二、作品主要功能4三、方案的構思與實現(xiàn)5四、模型及主要零部件的設計參數(shù)9五、設計制作中關鍵技術問題的解決方法11六、作品模型的示意圖14七、創(chuàng)新特色及應用前景15八、結束語及參考文獻16附錄16摘要：仿生睡蓮是一種不僅無需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時，還能達到與人互動、娛樂家庭的機械裝飾花。仿生睡蓮主要由機械動作和電路控制兩大部分構成。機械部分主要完成花托的旋轉運動并帶動連桿機構和螺旋滑塊控制花瓣的開合；

4、電力部分提供動力，并完成信號的收集、處理與對睡蓮動作的控制。本仿生睡蓮與現(xiàn)有的裝飾花相比，具有滿足裝飾功能的同時又能與人互動、娛樂家庭。仿生植物作為新型娛樂產品對美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。關鍵詞：仿生；裝飾；互動；娛樂一、創(chuàng)意背景與市場現(xiàn)狀現(xiàn)代家庭中人們越來越注重家庭環(huán)境的美化和裝飾，據(jù)調查很多人選擇了盆景或者工藝假花，但是這些花需要人精心照顧或者沒有動態(tài)效果。因此，設計仿生睡蓮不僅無需澆水施肥，在裝飾美觀、清新家庭環(huán)境的同時，還能達到與人互動、娛樂家庭的目的。仿生睡蓮在裝飾美化家庭環(huán)境的同時還能“與人共舞”，并獻上一曲美妙音樂，讓家庭每個成員享受一種大自然的樂趣，舒心悅目。仿生植物為

5、家庭互動裝飾提供新的方向，這對促進設計仿生娛樂植物產業(yè)的發(fā)展以及美化生活環(huán)境具有著重要的研究意義。二、作品主要功能1、睡蓮的主要功能1）感應光線、聲音及人的距離完成睡蓮動作的控制2） 完成花瓣的開合以及睡蓮的旋轉3） 控制音樂的播放，彩燈的閃爍4） 開啟超聲波霧化器完成對空氣的清新2、睡蓮動作的具體實現(xiàn)過程：l 白天，睡蓮處于閉合省電狀態(tài)，當人走近時睡蓮花瓣會自動開放，旋轉并且播放音樂，當人離開一定距離時花瓣又會慢慢閉合；l 晚上，睡蓮閉合并伴隨著絢麗燈光閃。人走近睡蓮后，睡蓮含羞待放，當人對睡蓮拍掌、呼喚睡蓮才會綻放，并播放音樂，與人互動。圖1.流程圖三、方案的構思與實現(xiàn)1、 結構示意圖圖2

6、.此裝置主要由四桿機構、曲柄滑塊機構實現(xiàn)蓮花的動作，傳動平穩(wěn)可靠。由2個電機分別控制花瓣開合及花的旋轉，實現(xiàn)順序動作。這種設計經濟、方便且能實現(xiàn)預期功能。（1）、花瓣開合動作的實現(xiàn)花瓣的開合主要由曲柄滑塊機構以及四桿機構和搖桿機構來實現(xiàn)。電機二帶動曲柄轉動，使得頂桿上下往復運動，頂桿帶動其上面的套筒，進而使得四桿機構、搖桿機構運動，實現(xiàn)花瓣的開與合。圖3.曲柄驅動頂桿向下運動圖4.頂桿帶動套筒及四桿機構（2）、蓮花旋轉的實現(xiàn)由電機一，通過齒輪減速后帶動花托旋轉，花托通過方形孔帶動套筒旋轉，套筒由于套在頂桿上，因此頂桿不旋轉?；ㄍ泻吞淄餐瑫r帶動連桿實現(xiàn)蓮花的旋轉。圖5該裝置避免了帶動開合機構旋轉

7、的問題，簡化了加工，傳動可靠，與開合機構互不干擾，可以長時間持續(xù)轉動。套筒與花托同時旋轉，解決四桿機構以及搖桿機構中受力過大的問題。圖6 花托、套筒及頂桿模型示意圖四、 模型及主要零部件的設計參數(shù)1、 模型主體尺寸：270x220x400（mm）；2、 電機主要參數(shù):體積:46x25x25mm；表1. 電機參數(shù)表型號JGA25-370電壓V轉速rpm/min電流A扭矩Kgxcm功率W減速比重量g3120.11.31250983、 齒輪參數(shù)初步擬定直齒圓柱齒輪嚙合，大、小齒輪材料均選用聚四氟乙烯表2.齒輪尺寸參數(shù)表名稱齒數(shù)z模數(shù)m/mm壓力角a/分度圓直徑Dm/mm齒寬B/mm大齒輪381.52

8、05715小齒輪191.52028.5104、 軸承參數(shù)表3.軸承參數(shù)表軸承代號基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定動載荷Cr/kNdDBdaminDamax壓力點a36.87208AC408018426517.0五、設計制作中關鍵技術問題的解決方法1、花瓣的制作由于花瓣是片狀、并有一定弧度的曲面，在現(xiàn)有的加工條件下制作較為困難，考慮到礦泉水瓶在靠近瓶口的一部分瓶身有較為理想的弧度，于是利用相應部分剪出弧形花瓣，并在花瓣上套上與睡蓮花瓣相近顏色的絲襪，以此達到近似于真是花瓣的效果。2、 控制花瓣開合的連桿的制作控制花瓣開合的連桿尺寸較小，在現(xiàn)有的加工條件下加工較為困難，考慮到雨傘骨架徑向尺寸較

9、小，并且質量較輕，適合本方案要求，因此只需用較少的工序就能將雨傘骨架制作成本方案要求的連桿。3、 花托與花蕊的同步動作因控制花瓣開合的連桿是而二力桿，花在旋轉時花蕊、套筒、連桿、花瓣必須具有一致的角速度才能保證連桿的受力要求，未解決此問題，本方案將套筒下部加工一定形狀如方形，與花托內部相應部位形成間隙配合，保證花瓣開合式套筒的上下運動不受影響，而在花托旋轉時訥訥關于套筒同步旋轉，使連桿只受軸向力，避免卡死。六、作品三維模型的示意圖七、 創(chuàng)新特色及應用前景1、 創(chuàng)新特色l 仿生蓮花不受天氣、營養(yǎng)等影響，具有長期的觀賞價值，作為家 庭娛樂裝飾產品； l 能夠“感受”光線和聲音，與人互動；l 花瓣旋

10、轉展開時伴隨音樂，創(chuàng)造優(yōu)雅環(huán)境；l 仿生花采用機電一體化設計，市場上仿生機械植物類產品罕見。2、 應用前景l(fā) 目前盆景花都需要精心照顧，仿生蓮花不僅不需要澆水，在裝飾美化家庭環(huán)境的同時還能“與人共舞”，并獻上一曲美妙音樂，讓家庭每個成員享受一種大自然的樂趣，舒心悅目。l 現(xiàn)代產品的設計與研究主打實用性，而仿生花的研究另辟蹊徑，以仿生自然界植物來吸引人們的注意，為市場上娛樂產品增添新的血液，為家庭互動裝飾提供新的方向。l 今后的研發(fā)中，仿生花還可以與空氣清新器或者驅蚊器相結合，讓“仿生”花真正達到植物的空氣清新效果。八、結束語此次機械創(chuàng)新設計，不僅將我們所學的理論知識得到了應用，達到了理論與實踐相結合的目的，而且鍛煉了我們的創(chuàng)新思維、動手能力以及團隊協(xié)作能力。通過此次實踐，我們進一步了解到一些客觀事物的基本規(guī)律，提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的科學素養(yǎng)，產生了探索未知事物的原動力，相信此次實踐必將對以后的學習生活產生一定的積極作用。參考文獻1、機械設計濮良貴、紀名剛主編 高等教育出版社2006年2、大學生機械設計競賽指導 趙明巖主編 浙江大學出版社 2008.83、機械創(chuàng)新設計黃純穎主編高等教育出版社 2000.74