割草机仿生设计毕业设计.docx
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割草机仿生设计毕业设计
图书分类号：
密级：
毕业设计（论文）
割草机仿生设计
BIONICDESIGNOFLAWNMOWER
学生姓名
王康
班级
11工设2班学号20110610220
学院名称
机电工程学院
专业名称
工业设计
指导教师
周兴军
年
月
日
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本人郑重声明：
所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
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日期：
年月 日
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论文作者签名：
导师签名：
日期：
年月 日日期：
年月 日
摘要
本设计针对人们在使用割草机代替人力割草的背景下，对市场上现有的割草机类型进行研究分析。
发现了市场上的割草机所存在造型单调乏味、使用者缺乏购买兴趣、割草机噪音污染大、工作效率低等方面的问题。
采用了认真分析传统割草机的形态与结构，进行观察与研究的方法，添加了割草机仿生形态自动化的功能，实现了割草机环保、省时省力的目的，满足了市场上消费者想丰富割草机的造型，以及增加用户拥有更多使用选择性的需求。
关键词仿生割草机；仿生；环保；省力
Abstract
Underthebackgroundoflabor-forcemowingreplacedbythemowingmachine,thedesignisgoingtoresearchandanalysisthetypesofmowingmachineexistinginthemarket.Asaresult,wefoundthatthetypesofmowingmachinearesimpleandconsumersarenotinterestedinpurchasing.Theannoyednoisesandlowefficiencyarealsotheproblemdiscoveredinthemarket.Weaddafunction-automaticionictothemowingmachinesothatthemachinecanbefriendly-environmental,andsavebothtimeandlabor,afteraseriousanalysis,researchtothetraditionalmowingmachine.Thiskindofmowingmachinealsomeetstheneedsthatconsumerswanttoenrichthetypesandprovidemorepatternsavailableforthemtochoose.
KeywordsBionicmachineBionicsEnvironmentalprotectionLaborsaving
1绪论
1.1设计背景
世界上最早的割草机是十九世纪初英国人普拉克内特发明的。
它既可以收割谷物也可以切割杂草的机器，而且它是由人推动机器。
接着在十九世纪三十年代，英国比尔申请了滚筒剪草机这项专利,也可以看做他发明的。
十九世纪三十年代，滚筒式割草机出现，而后兰塞姆斯农机公司开始批量生产滚筒式割草机。
对于，这种轻巧好操控滚筒式割草机来说，它被广泛用于街道两旁的绿化带。
而对于现在割草机原理来说，是根据内燃机作动力的滚筒式割草机的原理来的，它由伦敦恩斯发明的，同样是英国人。
在现代随着草坪业的迅速崛起与发展，对于中国来说，在21世纪开始使用蓄力往复式割草机.。
对于1890年的那时候,人们保护一块草坪不仅是浪费钱跟资源，而且是一件极耗费精力体力的事情。
比如在Blenheim的大庄园里,你如果雇佣250个工人工作的话,那么这其中就得有60个人是来保养草坪的，可见浪费的人力是有许多的。
工人们需要经常来修理草坪，尤其在牧草疯长中，他们更需要几天一次来修理草坪。
而一般割草工们手持类似镰刀的工具，所以实际上工人们工作起来更像是在用锯子在锯草。
他们工作完，由于草坪有剩下的草，他们就会把草收集起来喂给牛羊。
但是对于往复割草机来说割草不仅减少了对牧场的破坏，而且也节省大量的人力和物力。
使工作效率更加高效。
1.2国内外研究现状
在目前市场比重中，传统割草机虽然性能相对较低，但是它以其低廉的价格占据主导地位，可是它工作效率低、耗能多、使用不安全的缺点也为消费者所诟病。
随着经济的发展，城市发展的进程逐渐加快，对城市绿化要求越来越高，因此社会对于割草机的需求会逐渐增加。
然而对于传统除草机来说，环境污染的缺点又与城市绿化的初衷相违背，因此可以预见，未来污染小高效率省时省力的割草将占据市场主导地位。
所以就目前市场上割草机而言，面临的主要难题是如何改进技术以提高割草机的性能，以及在割草机生产线上如何大大降低成本。
只有这样才能在未来市场占据主导地位。
例如，对于不同性质的工作，我们完全可以制造出因地适宜的割草机器人来适应精度要求更高的工作或是避免功能用不到而导致某些功能不必要的浪费。
结语所以对于机器人割草机来说，它是一个非常有市场前景的项目，机器人割草机能给人们的生活带来很大的便利。
但是同时由于机器人割草机要求技术先进，所以它也是一个难以取得实质性突破性进展的项目。
因此，在对机器人割草机这方面的研究，我们需要做更多的努力，以解决它当前的问题，确保能够投入市场生产中。
1.3本研究拟解决问题
本课题研究的割草机仿生设计是认真分析了传统割草机的形态与结构，进行观察与研究。
在省时、省力、环保等方面进行的改进。
从而设计出仿生自动化割草机而不是传统的割草机设计。
在造型上的改变使其消费者更具有使用性。
因此本课题的割草机设计着重解决了一下几个问题：
首先，把传统的烧油割草机转变为耗电割草机使其污染减少解决了噪声污染问题。
其次设计为自动割草改变了传统割草机手扶的操作方式，使其变成操作简单，节省人力的一款产品。
最后，在造型上采用了仿生设计，使传统的割草机造型不再单一，满足了消费者使用选择多样性，使他们有耳目一新的使用感受，使其产品更加受到欢迎。
2市场调查分析及设计目标
2.1市场调查
针对市场上现有的割草机，主要从使用方式分类，使用环境以及割草机动力系统进行市场调查。
2.1.1使用方式分类
以下是目前市场上几类主要的割草机类型：
侧挂式割草机（如下图2-1），备受欢迎的原因：
（1）首先，这类割草机使用的都是同种发动机，可以实现同样的功能。
对于侧挂式割草机来说，结构简单容易。
而对于复杂的结构，往往会出现故障问题。
（2）而对于国内的割草机市场来说，一般产品操作简单，便宜实用很受欢迎。
所以，在国内市场占据主导位置的是侧挂式割草机。
对于背挂式则不太受欢迎。
图2-1侧挂式割草机
悬挂式割草机（如下图2-2），该系列产品设计操作难度不大，而且便于携带，比较灵活。
主要有侧悬挂式、前悬挂式和后悬挂式三种，其中后悬挂式割草机在市场中有很大比例，而且应用最广。
而在中国市场的往复式割草机具有很大市场。
而对于往复式切割器的工作原理与收割机原理相似。
而对于它的构造也与谷物收割机类似。
而对于悬挂式割草机来说所用刀片有光刃和刻齿刃则有两种。
它一般采用动刀片。
它的割刀传动装置，相比较谷物收割机具有异曲同工之妙。
它的构造是曲柄连杆机构和摆环机构。
而由于对于牧草来说，给它适应的环境，它就能够快速生长，而且含水比较多。
所以使用它时动刀速度一般为1.6～2.0米/秒。
图2-2悬挂式割草机
往复式割草机（如下图2-3），对于往复式割草机来说，它的使用方式是动刀和切刀相对运动来割草。
它的特点就是在于割草的高度整齐，而且所需的实际功率较小;这就导致它耗能小，但是对牧草生长状态不同而操作使用不适应。
往复割草机一般适用于天然性草场和人工草场。
因为这些草场都是平坦的。
但是它的工作速度没有提高，因为它在工作中振动频率过大。
对于动刀的速度一般要求在3米/秒以下，而在使用它时割草的前进速度一般要求6-8公里/小时。
图2-3往复式割草机
旋转式割草机（如下图2-4），旋转式割草机，由于它的刀盘上刀片一直处于高速旋转状态。
所以它的切割速度一般都可以达到65-95米/秒.对于旋转式割草机来说一般割草的前进速度，可达到14公里/小时以上。
因为它使用过程中比较平稳。
正如我们所了解的如果刀片好，那么割草速度和效率就好。
而对于旋转式割草机来说，一般要草长得正合适，比如草的高度12厘米。
操作更好。
对于使用它的原则就是，如果草的高度过高，应从上往下，分步进行。
如果我们在果园使用割草机时，我们的操作方式即应该与果树的一侧保持距离，这样割草容易使草落到一边。
而对于旋转式割草机使用过程中，应该保持匀速前行，尽量节省油耗。
旋转式割草机对于刀口换边比往复式更加方便。
在安全设置上，其设计除了有与往复式相似的安全装置。
而且在割草器的上方装了保护装置，以保护使用人员的安全
。
对于旋转式割草机来说，它的优点就是工作范围较广，可以适应不同的草场。
而对于它的缺点来说，就是它割草的高度不够一样整齐，而且它需要的功率较大，污染较大。
图2-4旋转式割草机
新款推车式割草机（如下图2-5），新款推车式割草机，我们改变了它的操作方式，不再是传统的背负式，由于背负式割草机耗费大量人力，工作时间短。
而手推式割草机则便于携带，方便操作，不管是在平原、丘陵、梯田、还是在三角地等大小田块及烂泥田，都用于收割各种农作物。
由于它操作方式是手推自走，所以它工作效率整体高，而且操作方式简单。
所以它一小时就可以工作一亩地，同时还可以一个人手提着走。
对于手推式割草机的优点：
1、相对于其他割草机来说它割草干净，修剪的也比较平整，调节高度左右都能很方便。
2、不仅能在一些平坦的地方，如体育场、花园割草，还能在山地修剪（除草）。
3、工作的时候它是属于通用设计，不需要弯腰。
对于刀具的上换也非常的简单。
图2-5推车式割草机
2.1.2工作环境
对于割草机主要工作环境一般是草地绿化、城市街道两旁、景点绿化、田园修剪、田地除草，尤其是一些大型的公众场合比如体育场，学校草坪，高尔夫场。
而割草机在山地环境不适合。
如图2-6、2-7、2-8
2-6机场割草机2-7城市公园割草机
2-8田地割草机
2.1.3动力系统
从割草机产品的发展现状来看，它的动力系统主要有两种形式，如下图（2-9、2-10）常规内燃动力系统是一种小型汽油机或柴油机为代表的。
而对于这种动力系统的优点：
使用功率比较大工作效率高，适用于对于环境要求不高的场所。
还有一种动力系统就是以蓄电池来作为动力源的。
内燃动力系统的特点就是持续工作时间长，但是它的最大的缺点是噪声污染和振动较大。
而对于我们使用的蓄电池动力系统的产品优点是：
使用过程中噪声污染小、运行的时候比较稳定。
但是蓄电池系统的最大的缺点：
就是它的使用功率较低，导致工作效率低，不能长时间工作，需要经常充电保持电源充足。
图2-9、2-10
2-9蓄电池割草机2-10内燃机割草机
2.2现有割草机设计存在的问题
通过上述的市场调查研究，我们不难发现市场上现有割草机的设计所存在问题，而问题主要体现在污染低效率及造型单一的方面。
2.2.1造型单一
随着现代经济全球化的发展，人们的生活水平也在变得越来越高，对所使用的产品要求也越来越高。
人们不再过多追求产品实用性，而是更多追求产品的使用性。
对于割草机而言，现在市场上的各种割草机在高效率低污染造型独特方面都不能做到让消费者满意。
以下是市场上各个割草机的对比：
如图2-11、2-12、2-13
2-11海道系列
2-12同安圆系列
2-13本田系列
通过以上三组品牌割草机系列对比，我们不难发现目前市场上的割草机都是大同小异，没有给人耳目一新的感觉。
造型单一让消费者无法作出最好的选择。
其使用性的乐趣大大降低。
2.2.2污染低效率
目前市场中最普及的还是汽油或者柴油割草机，但是由于使用汽油导致空气污染，且工作效率低下。
而且市场上的割草机大多数具有噪音污染。
这就导致用户在购买了割草机之后由于问题的存在，消费者不能很好的使用自己购买的产品，其使用性大大降低。
2.3消费者问卷调查
消费者问卷调查（以下答案可多选请您选择知道答案下划√）
1、您有过使用割草机割草吗，对割草机是否了解？
A.用过B.没有C.听说过D没听过
2、您的月收入.
A.1000元以下B.1000-3000元C.3000-5000元D.5000元以上
3、据您所知市场上有哪些割草类型的割草机
A.滚筒式B.悬挂式C.手推式D.侧挂式E.其他
4、对于您所购买的割草机您着重点是哪方面
A.价格B.环保C.安全D.效率E.造型
5、您觉得相比较人力割草，使用割草机割草有哪些优点
A.割茬整齐B.省时省力C.保持水土良好D.其他
6、据您所知割草机具体主要应用场合是哪些地方
A.体育场学校草坪B.家庭别墅C.公园街道D.乡村田野E.其他
7、您所知道的割草机有哪些驱动类型的
A.汽油发动B.蓄电池C.液压D.手推式人力
8、您对目前市场比较普片的汽油电机驱动割草机有什么不满意的
A.价格太贵B.耗能太多C.噪声污染太大D.安全指数不高
9、如果现在设计出一款新的割草机，您觉得哪些方面有所改进
A.外观B.功能C.操作方式D.其他
10、您觉得割草机的理想价位是多少
A.500元B.500-1000元C.1000-2000元D.2000元以上
11、您认准的哪个品牌的割草机
A.海道B.本田C.波斯D.富亚特E.其他
12、目前您的家中有割草机吗
A.有
B.没有
消费者调查问卷统计
这次的问卷调查:
采用走访问卷、网络问卷等多方面方式，进行的全方位的调查;其中，选定的调查对象是消费者。
共发出问卷500份，收回350份，有效问卷280份，调查结果统计如下：
2-14、2-15、2-16、2-17、2-18、2-19、2-20、2-21
2-14用户了解度
2-15现有割草机不满意度
2-16割草机理想价位
2-17割草机改进方面
2-18购买着重哪方面
2-19割草机比人力割草好处
2-20收入分布表
2-21割草机动力系统
针对调查问卷数据仔细的分析之后得到了以下的结论：
人们对于割草机的认识比较广市场潜力大。
大部分消费者对于割草机的改进方面：
对于造型和污染效率方面是比较关心的。
被调查的对于选购割草机来说，他们经常选择品牌割草机，对于同类产品的比较，总结出割草机的价位在1000元以内，消费者容易接受。
通过这次调查得出的结论，对于这次做的毕业设计帮助很大，在接下来对产品的设计中，首先要从造型设计上给人耳目一新的感觉，其次要从环保方面考虑割草机的设计。
2.4对于割草机使用过程潜在需求
对于工业设计来说，任何一款产品的设计都要从人机工程学的角度进行设计。
在十八世纪人们设计的产品就是为了使用起来更加使人舒适。
对于人性化产品的设计，一直到现在都非常的受欢迎。
消费者所追求的使用感受，随着第一次工业革命以及第二次工业革命所带来的生产力的发展，经济的飞快发展，越来来越高。
今天人们物质生活水平的极大提高，在对产品使用性要求越来越高的同时，设计中以人为本的准则也变得越来越重要。
由此在之前产品设计的过程中。
对用户潜在需求的研究中，也越来越集中在用户使用产品的体验中。
设计中的人性关怀逐步成为研究的重点[1]，以下是对割草机使用时的潜在需求分析，见表2-1:
潜在需求一：
二战后国际间的交流使得标准化、理性化的设计思想深入人心，对于人们在设计产品时，他们总是对于产品逻辑表达，这就使得产品都是以固定化规则出现，不能吸引消费者的注意。
而在今天全球化趋势越来越明显，整个地球已经成为密不可分的整体。
各个国家设计的产品都是在“形式追随功能”原则的影响下，所以设计出的产品必将是，造型的大同小异、千篇一律，这一点在电子产品上体现的尤为明显[2]。
所以结合之前的市场调查分析，产品造型单一是注定不能吸引消费者，也无法打开市场，注定会被市场所淘汰。
所以对于产品设计来说，我们要不断改变产品造型来适应市场需求。
潜在需求二：
就割草机来说，目前市场上普遍使用的割草机都存在噪音污染不环保的问题，而且安全性不高。
通过市场调查分析，目前消费者对于割草机的潜在需求，就是希望割草机污染小环保的割草机。
因此在新的设计中要将环保问题考虑进去。
潜在需求三：
对于割草机的使用过程，大部分消费者没有很好的使用体验，目前市场上存在的割草机安全系数不高，操作具有危险性。
所以设计中应考虑安全问题。
表2-1各项潜在需求及所需考虑的问题
项目
设计时需要考虑的地方
是否有必要
潜在需求一
外观造型
有必要
潜在需求二
环保方面
有必要
潜在需求三
使用安全方面
有必要
2.5设计目标
本次设计课题主要是通过消费者在使用割草机的过程中进行全面具体的研究，从而能够发现用户在使用割草机实际过程中所产生的需求。
通过对传统割草机结构的研究。
运用人机工程学的原理。
将用户使用方式的改变以及通过人性化外观造型设计，使产品更适用、更具人文关怀，为使用者带来耳目一新的使用新体验[3]。
在用户使用割草机的同时，能够最大限度的保护环境。
3设计构思及展开
3.1设计构思
方案一：
该方案割草机的设计，是将传统割草机的工作方式作出了改变，变成了直走和打圆的工作方式。
并且该款割草机中加入了平衡感应。
如果割草机在使用过程中遇到突发情况处于不平衡的状态，应当自动停止工作，以防割草刀伤人。
见图3-1
方案二：
该方案割草机的设计采用了形态仿生，把传统割草机的整体造型，进行形态仿生，使造型更加多样化。
中间割草转盘，设计了可以调节高度的功能，这样可以满足不同草的高度，增加了用户选择的多样性。
见图3-2。
方案三：
这款割草机的设计采用了仿生，仿用青蛙的造型，在功能上采用了自动割草的轮盘。
见图3-3
方案四：
对于这款割草机的设计，同样对造型外观进行了改进设计，一体化的机身设计，以及自动化的功能，都很好满足市场需求。
3.2设计展开
方案草图设计好之后，通过比较，进一步进行了以下步骤，方案选定、人机分析、色彩分析、材质分析以及模型制作。
3.2.1选定方案展开
通过用户在使用割草机过程中的研究，分析了消费者潜在的需求，仿生割草机的自动化为用户提供了造型多样，且省时省力，工作效率高，污染低。
以下是从色彩、人机、材质方面对设计方案进行研究考察。
分析上述的四个方案草图的分析，我们可以得出方案二、三能够较好达到用户的潜在需求，满足用户使用的多样性。
在这其中草图一是改变了了使用方式，使用户有更多的操作方式。
方案三在形态方面的仿生，并且功能更加合理化，满足了消费者对于造型的追求，以及效率的提高。
以上分析来说，这两个方案可以很好达到设计的预期目标，可以进一步作出效果图。
3.2.2人机分析
人机分析，亦即人机工学分析，旨在于研究人与人造产品之间的协调关系，试图通过人-机-环境间各种因素的分析研究，寻早最佳的人机协调关系。
人机工学将人类的能力、特征、行为、动机以系统的方法引入设计工程中以设计出操作简便省力、安全、舒适、人机关系达到最佳状态的产品，在此过程中，我们首先要确定出所设计的产品的基本尺寸
[4]。
以下是对两种方案的：
方案一：
这款割草机的长度是75cm,它的左右宽度最大能达到55cm，而它的厚度最大达到25cm，这样尺寸的设计，显示了割草机的轻巧，灵活的特点。
方案三：
这款形态仿生设计的割草机，它的长度约为65cm,它的左右宽度可以达到45cm，而它的高度可以达到40cm。
这样的设计更加相似符合用户正常选择。
3.2.3色彩分析
对于色彩分析，我们都知道不同的色彩给别人的感觉也不一样，所以对于我们所设计的产品如何给它上色，是非常重要的。
产品的颜色，与环境的相协调，给人就是非常好的感觉。
色彩之所以能够给人不同的感觉，原因在于色彩本身的变化，它能给人以冷暖的感觉。
我们对于色彩的感觉的讨论，以及色彩感情的表达，对于我们设计产品是非常有帮助的。
由于产品的不同作用，所以产品的色彩设计也不尽相同，人们对于色彩对应的产品也不尽相同。
所以对产品的色彩，我们应该协调好，不能违背色彩的协调性。
色彩的性质决定了我们对产品的设计[5]。
对于割草机由于环境是绿色，就不能使用太冷或太暖的颜色，否则就与环境不协调。
3.2.4材质分析
对于材质分析，所谓的材质就是材料与质感的结合，我们表面看它是什么质地。
我们在产品建模中，所谓的材质就是发光、反光、色彩、纹理等属性。
正是我们在建模中使用这些属性，所以正是有了它们，三维模型才会如此逼真[6]。
以下是对两组方案的材质分析：
方案一：
割草机的主体部分是金属，外壳是塑料，它的万向轮是橡胶，简单耐用。
方案三：
这款仿生割草机的设计的材质，首先是不锈钢金属，同样轮子橡胶坚实耐用，而且不用充气方便。
4方案确定
4.1设计概念及定位
割草机的发展，随着经济的发展，变得越来越先进。
它在割草方面，改变了以往人力割草的操作方式，大大地解决了浪费人力的问题。
但是随着越来越多的使用者，传统割草机的缺点也逐渐暴露出来。
首先造型单一，消费者无法有更多地选择，其次传统割草机污染大，不环保的问题也很严重。
所以在这种情况下，一款造型独特，具有环保省时省力的割草机就会受到用户关注。
不同于以往的操作方式，也给使用者带来了全新的使用体验。
4.2效果图
对方案进行建模后，效果图可以从以下几方面表现，整体效果图、细节图与外观图三方面来展现设计方案。
4.2.1整体效果图
4.2.2细节图
4.2.3外观尺寸图
4.2.4模型制作
4.3设计说明
仿生割草机，是通过对传统割草机造型结构仔细地分析研究，以及通过市场调查设计出来的。
该款仿生割草机首先在造型上改变了传统割草机的形态，其次在功能上相比较传统割草机内燃油系统，它使用了电池系统。
降低了噪声污染，节省了用户劳动时间，增加了用户的使用性。
4.4展板图
结论
本次的设计主要是通过用户在使用割草机过程进行研究，通过市场调查，分析人们在使用割草机过程中，潜在的需求。
设计出了一款割草机，该款割草机采用形态仿生的原理，在噪声污染进行了改进，省时省力环保。
本
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