第一屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲獎作品簡介

1、全國大學(xué)生第一屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲獎作品1. 基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)和分布式控制系統(tǒng)的多功能機(jī)器人 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2. 微生物培養(yǎng)液自動抽取噴涂機(jī)微生物培養(yǎng)液自動抽取噴涂機(jī)”，作為生物與機(jī)械自動化兩學(xué)科交叉的產(chǎn)物，集電、氣、自動化于一體，其設(shè)計目標(biāo)是克服人工操作存在的種種缺陷，創(chuàng)建獨(dú)特的分離方法，以操作簡便、分離效果好、效率高、節(jié)省人力及資源等的全自動化操作，替代人工完成分離的操作過程。經(jīng)試驗(yàn)，用“微生物培養(yǎng)液自動抽取噴涂機(jī)”操作后培養(yǎng)生長的菌，落在培養(yǎng)基上的分布比人工操作的均勻，這樣不僅便于從各個方向上取用所需的單菌落，也大大提高了培養(yǎng)基的利用率3. “先鋒號”自適應(yīng)可翻轉(zhuǎn)探測車在搭建的障礙上發(fā)生翻

2、轉(zhuǎn)，以模擬車在野外惡劣地形下發(fā)生的車體翻轉(zhuǎn)。這一成功的演示給評委們留下了深刻的印象，得到了評委們的一致好評。在觀看完“先鋒號”精彩的功能演示后，評委們就車的結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)程度提出一系列問題，參賽隊員彭竹云和胡彬針對評委的問題作出簡略而清楚的回答。隊員們不慌不忙地將車的所有功能展示給他們，其中有的評委要求“先鋒號”展示翻轉(zhuǎn)°的功能?！靶〔艘坏?，這難不倒“先鋒號”！隊員徐僑榮使“先鋒號”在評委和圍觀的觀眾面前翻轉(zhuǎn)了好幾轉(zhuǎn)。為了展示“先鋒號”的自適應(yīng)能力，在彭時林的配合下，徐僑榮還讓“先鋒號”表演了連續(xù)翻轉(zhuǎn)°的功能?！跋蠕h號”二代以其過硬的自適應(yīng)能力、獨(dú)到的旋轉(zhuǎn)倉設(shè)計、自動駕駛、

3、安全檢測、調(diào)速等性能，令評委們大為贊嘆。這不僅顯示了“先鋒號”的創(chuàng)新性，也充分展示了“先鋒號”的科學(xué)性和實(shí)用性。后來其他的評委也陸續(xù)到來，隊員們來不及休息就又要進(jìn)行講解和演示。有的評委看到“先鋒號”出色的表現(xiàn)后，故意用腳設(shè)障來使車體翻轉(zhuǎn)以檢測“先鋒號”的可翻轉(zhuǎn)性能。雖然隊員們?nèi)f分不舍，但還是大度地讓 “先鋒號”接受嚴(yán)峻的考驗(yàn)。令參賽隊員們信心倍增的是：不論一代還是二代，在這嚴(yán)峻的考驗(yàn)下更顯其神勇，越發(fā)表現(xiàn)得出色。楊叔子院士和艾興院士在看完“先鋒號”出色的表現(xiàn)后，提出了許多寶貴的意見，希望我們的參賽隊員能在探測車的自適應(yīng)基礎(chǔ)上，結(jié)合更強(qiáng)的越障能力，使“先鋒號”能有更出色的表現(xiàn)。隊員們和“先鋒號”

4、雙雙出色的表現(xiàn)迎來了評委們滿意的笑容，也為第二輪答辯的成功奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。4. 軍地兩用全自動擔(dān)架車簡要說明:本實(shí)用新型涉及一種全自動直推式擔(dān)架車，尤其在傷員轉(zhuǎn)運(yùn)過程中能夠迅速的完成擔(dān)架到擔(dān)架車的轉(zhuǎn)換，并能在操作人員少（一人）的情況下快速、安全的完成擔(dān)架車上、下救護(hù)車的過程。詳細(xì)說明:目前，國內(nèi)市場上主要有簡易擔(dān)架、（如鏟式擔(dān)架、折疊式擔(dān)架）普通擔(dān)架車、半自動擔(dān)架車等。對于簡易擔(dān)架，重量輕、操作簡單、價格便宜無疑是其較為突出的優(yōu)點(diǎn)，但是無論在什么情況下至少要占用兩名以上操作人員，且在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的速度受體力的限制；對于普通擔(dān)架車，現(xiàn)在市場上比較普及，但靈活性較差，而且也存在占用操作人員多的缺點(diǎn)

5、；至于半自動擔(dān)架車，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外主要有手搖式、腳踏升降式和手閘控制式等三種主要產(chǎn)品。但是，這種類型的擔(dān)架車操作比較復(fù)雜，要求操作者必須有一定的操作技能。其重量較大，而且價格在一萬兩千元以上。由于上述原因，此類半自動擔(dān)架車在國內(nèi)基本上沒有普及，在大醫(yī)院中都很少見到，在我軍內(nèi)部還沒有類似產(chǎn)品。發(fā)明內(nèi)容: 根據(jù)上述提到的現(xiàn)狀，我們針對部隊的特殊要求，希望設(shè)計一個比較折衷的擔(dān)架車，使其在野戰(zhàn)條件下能實(shí)現(xiàn)簡易擔(dān)架、普通擔(dān)架車和半自動擔(dān)架車的主要功能，以節(jié)省出寶貴的救援時間和保證最小限度的占用人員。 為了達(dá)到上述目的，我們解決了以下五個難點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)單人直推、直拉直接上下車，不必手動調(diào)

6、節(jié)，操作迅速，以節(jié)省寶貴的救援時間和人員。(2)實(shí)現(xiàn)功能的機(jī)構(gòu)必須簡單、巧妙,以減少重量，降低成本，便于部隊列裝和地方推廣。(3)具有普通擔(dān)架車和簡易擔(dān)架的雙重功能。即要求它重量輕，便于攜帶.(4)上車時，實(shí)現(xiàn)前后輪分時上車，即后輪必須在傷員重量的1/2以上上車后再自動收起，以達(dá)到省力的目的；下車動作與上車動作相反，使擔(dān)架車可靠地恢復(fù)到上車前的穩(wěn)定狀態(tài)。 (5)擔(dān)架車在運(yùn)動及上下車過程中的必須安全穩(wěn)定。 5. 行星輪式登月車基本功能：本作品的機(jī)構(gòu)主要采用行星輪式驅(qū)動方式（即：小齒輪在大的內(nèi)齒輪里運(yùn)動，電機(jī)驅(qū)動小齒輪，小齒輪帶動大齒輪運(yùn)動），使登月車在 凹凸不平的地貌環(huán)境下可以平穩(wěn)地翻越障礙、跨

7、越壕溝，并能實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)彎、爬坡、無線遙控等功能，進(jìn)而完成人所賦予它的各種任務(wù)。 性能指標(biāo) ： 1、可越障：高度 120mm 以下的障礙； 2、可跨溝：寬度 130mm 以下的壕溝； 3、可爬坡：坡度 45 度以下的坡面； 4、可轉(zhuǎn)彎：轉(zhuǎn)角 60 度以下的轉(zhuǎn)彎； 5、可遙控距離：根據(jù)遙控裝置定，本作品采用的無線遙控裝置可遙控 登月 車在 300 米內(nèi)運(yùn)動。 注： 1、以上性能指標(biāo)均由工作原理部分作理論支撐，并通過實(shí)際性能試驗(yàn)后確定。 2、此性能指標(biāo)對車的尺寸有較大依賴關(guān)系，由于條件和時間有限，此車僅為模型，性能有限，其性能還有較大提升空間。） 擴(kuò)展功能： 1、航天方面： 值得提到的一點(diǎn)是，根據(jù)月球

8、微重力，條件差等特點(diǎn)，我們又參考國內(nèi)制造的登月車的原理主要以越障為主，所以我們采用新型驅(qū)動方式，希望能給登月車的制造提供一些靈感。 2、工業(yè)方面： 野外地形復(fù)雜多變，而且環(huán)境較差，可以利用此車在人不得參與的環(huán)境里進(jìn)行運(yùn)輸，采礦等活動； 3、娛樂方面： 可以利用此車的良好的越障性和平穩(wěn)性把它用做旅游車或山地越野車；也可以做微型遙控玩具車，因?yàn)樗脑秸闲阅芎?，所以其樂無窮； 4、軍事方面： 可改裝成越野戰(zhàn)車，戰(zhàn)場地面多被破壞且有人為障礙此車像坦克一樣可如履平地，并迅速突破敵防線。6. 仿生機(jī)器蟹 螃蟹以其獨(dú)特的橫向行走方式而標(biāo)新立異于動物界，從而備受注目。此機(jī)器蟹首先必須仿螃蟹的橫向行走，即也必須

9、使其大腿能夠抬起，而小腿能夠向大腿所指方向邁出，當(dāng)其腳落地時能夠抓住地面，通過運(yùn)動帶動整個身體向一側(cè)行進(jìn)。 我們聯(lián)想到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，利用其在曲柄旋轉(zhuǎn)時搖桿在兩個極限位置擺動這一特性，恰好仿似螃蟹小腿的擺動。至于曲柄與搖桿間的部分仿大腿的抬起，我們采用一硬制彈簧同一凸輪的配合來實(shí)現(xiàn)。蟹有八條腿，我們用采用了八個經(jīng)過改動后的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來模擬。行走時四條腿著地作為支撐，并抓地向后運(yùn)動而另外四條腿抬起，向前運(yùn)動，當(dāng)抬起運(yùn)動的四條腿伸到前面最遠(yuǎn)時著地，此時抓地的四條腿運(yùn)動到向后的極限處并抬起。以此循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)了蟹的橫向行走。 螃蟹遇到障礙是可以轉(zhuǎn)向的，但并不象其他動物一樣能立即轉(zhuǎn)開，而是不斷的轉(zhuǎn)

10、動很小的角度，做一個類似弧線的運(yùn)動。我們采用一個由電機(jī)帶動的拉桿結(jié)構(gòu)在著地的蟹腿做橫向爬動的同時拉動蟹腿做縱向運(yùn)動，從而帶動身體在縱向緩慢挪動。仿生機(jī)器蟹的原理方案實(shí)現(xiàn)1. 仿生機(jī)器蟹的橫向行走機(jī)構(gòu)： 用更改后的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來模擬蟹腿，用兩個電機(jī)分別控制八條腿，每個電機(jī)控制一側(cè)的四條腿。一條腿的設(shè)計簡圖為： 其中大腿的根側(cè)與電機(jī)都連在螃蟹的身體上，這樣當(dāng)電機(jī)帶動凸輪轉(zhuǎn)動時，大腿能實(shí)現(xiàn)向上擺動，即帶動小腿離地。而在大腿擺到下面時，小腿的腳可以抓住地面。因電機(jī)始終在旋轉(zhuǎn)，則搖桿與電機(jī)的相對擺動便使電機(jī)向指定的方向運(yùn)動。2、仿生機(jī)器蟹的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)： 用硬鋼絲拉動蟹腿實(shí)現(xiàn)蟹的轉(zhuǎn)向。我們在蟹的右側(cè)放置兩個

11、電機(jī)，使每個電機(jī)控制兩個不相鄰的兩條腿的轉(zhuǎn)向。結(jié)構(gòu)圖如下： 如圖，兩條腿為著地爬行的兩條。橫向爬行時兩腿橫向用力帶動身體橫向運(yùn)動。當(dāng)接受到轉(zhuǎn)向信號時，電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動拉柄，從而帶動拉桿L向左運(yùn)動。拉桿L給大腿一個縱向的作用力。由于大腿此時著地是不能運(yùn)動的，從而導(dǎo)致身體向相反的方向運(yùn)動。此過程實(shí)現(xiàn)了仿生機(jī)器蟹的轉(zhuǎn)向。 參考資料：1、機(jī)械創(chuàng)新論壇，哈工程仿生機(jī)器蟹（全國一等獎）：2、仿生機(jī)器蟹的設(shè)計方案：7. 仿生壁虎本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、隱蔽性強(qiáng)、功耗小、靈活性強(qiáng)、成本低廉、可靠性高、易于應(yīng)用的微小型仿壁虎爬壁機(jī)器人。它包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路控制兩部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括仿生壁虎單腿結(jié)構(gòu)

12、、仿壁虎機(jī)器人身體組裝結(jié)構(gòu)和負(fù)壓吸附及放壓裝置，仿生壁虎單腿由大腿、小腿和吸盤組成，身體組裝結(jié)構(gòu)包括兩個腰部驅(qū)動舵機(jī)、兩個氣泵、兩個氣體放壓裝置、兩個四通氣管接頭和六個塑料導(dǎo)體管，負(fù)壓吸附及放壓裝置由舵機(jī)、彈簧、鋼絲繩、卷線輪及固定彈簧裝置構(gòu)成，本實(shí)用新型具有自身體積小、結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、隱蔽性強(qiáng)、成本低廉、適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可充當(dāng)偵察設(shè)備、武器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的載體，完成普通士兵無法完成的多種任務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。8. 爬竿噴漆機(jī)器人一、基本功能1、 沿直桿變速攀爬功能2、 圓周噴漆或洗刷功能二、系統(tǒng)組成1、 動力與傳動系統(tǒng)：多級齒輪減速電機(jī)鏈傳動2、 行走系統(tǒng)：利用摩擦輪升降機(jī)構(gòu)使機(jī)器

13、人沿直桿攀爬3、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：利用周向往復(fù)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)噴漆動作4、 支撐機(jī)構(gòu)：六邊形主體框架三支架均布連接（連接圓環(huán)導(dǎo)軌與主體框架）噴頭支撐機(jī)構(gòu)5、 控制系統(tǒng)：控制芯片采用ATmega16單片機(jī)，配合無線遙控裝置（RC），分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定時換向附圖一 機(jī)器人外型圖三、機(jī)構(gòu)設(shè)計1、運(yùn)動機(jī)構(gòu) 升降機(jī)構(gòu)：電機(jī)帶動主軸，進(jìn)而帶動摩擦輪，使得機(jī)器人連續(xù)爬升 周向往復(fù)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)：兩個小電機(jī)帶動噴頭支撐機(jī)構(gòu)往復(fù)轉(zhuǎn)動2、傳動機(jī)構(gòu)計算鏈條的強(qiáng)度，選用適當(dāng)?shù)逆渹鲃?、夾緊機(jī)構(gòu)根據(jù)總重量和鐵與膠皮的摩擦系數(shù)選取足夠強(qiáng)度的拉伸彈簧4、開合機(jī)構(gòu)機(jī)器人利用鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開合四、創(chuàng)新點(diǎn)1、利用巧妙的組合，在一定的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能2、連續(xù)可變速攀爬，使得噴漆均勻3、開合式安裝4、可更換具體執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)高空多功能作業(yè)6、 采用單片機(jī)控制及無線遙控裝置五、機(jī)構(gòu)參數(shù)自重： 15.2kg爬升速度：08 m/min電機(jī)功率：15w x 38w x 2外形尺寸：1710 x 962 (mm)爬升范圍：直徑120140的桿件9. 微定位仿生機(jī)器人10. 利用節(jié)流閥原理進(jìn)行控速的高樓逃生器本實(shí)用新型涉及一種利用節(jié)流閥原理進(jìn)行控速的高樓逃生器，它解決了現(xiàn)有逃生器需要考慮人體重量以及需要預(yù)先練習(xí)的缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，使用方便、安全可靠的利用節(jié)流閥原理進(jìn)行控速的高樓逃生器，它是由固定軸