第一届机械创新设计大赛获奖作品简介.doc

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全国大学生

第一届机械创新设计大赛获奖作品

1.基于并联机构和分布式控制系统的多功能机器人

哈尔滨工业大学

2.微生物培养液自动抽取喷涂机

微生物培养液自动抽取喷涂机”，作为生物与机械自动化两学科交叉的产物，集电、气、自动化于一体，其设计目标是克服人工操作存在的种种缺陷，创建独特的分离方法，以操作简便、分离效果好、效率高、节省人力及资源等的全自动化操作，替代人工完成分离的操作过程。

经试验，用“微生物培养液自动抽取喷涂机”操作后培养生长的菌，落在培养基上的分布比人工操作的均匀，这样不仅便于从各个方向上取用所需的单菌落，也大大提高了培养基的利用率

3.“先锋号”自适应可翻转探测车

在搭建的障碍上发生翻转，以模拟车在野外恶劣地形下发生的车体翻转。

这一成功的演示给评委们留下了深刻的印象，得到了评委们的一致好评。

在观看完“先锋号”精彩的功能演示后，评委们就车的结构和自适应程度提出一系列问题，参赛队员彭竹云和胡彬针对评委的问题作出简略而清楚的回答。

队员们不慌不忙地将车的所有功能展示给他们，其中有的评委要求“先锋号”展示翻转１８０°的功能。

“小菜一碟”，这难不倒“先锋号”！

队员徐侨荣使“先锋号”在评委和围观的观众面前翻转了好几转。

为了展示“先锋号”的自适应能力，在彭时林的配合下，徐侨荣还让“先锋号”表演了连续翻转１８０°的功能。

“先锋号”二代以其过硬的自适应能力、独到的旋转仓设计、自动驾驶、安全检测、ＰＷＭ调速等性能，令评委们大为赞叹。

这不仅显示了“先锋号”的创新性，也充分展示了“先锋号”的科学性和实用性。

后来其他的评委也陆续到来，队员们来不及休息就又要进行讲解和演示。

有的评委看到“先锋号”出色的表现后，故意用脚设障来使车体翻转以检测“先锋号”的可翻转性能。

虽然队员们万分不舍，但还是大度地让“先锋号”接受严峻的考验。

令参赛队员们信心倍增的是：

不论一代还是二代，在这严峻的考验下更显其神勇，越发表现得出色。

杨叔子院士和艾兴院士在看完“先锋号”出色的表现后，提出了许多宝贵的意见，希望我们的参赛队员能在探测车的自适应基础上，结合更强的越障能力，使“先锋号”能有更出色的表现。

队员们和“先锋号”双双出色的表现迎来了评委们满意的笑容，也为第二轮答辩的成功奠定了坚实的基础。

4.军地两用全自动担架车

简要说明:

本实用新型涉及一种全自动直推式担架车，尤其在伤员转运过程中能够迅速的完成担架到担架车的转换，并能在操作人员少（一人）的情况下快速、安全的完成担架车上、下救护车的过程。

详细说明:

目前，国内市场上主要有简易担架、（如铲式担架、折叠式担架）普通担架车、半自动担架车等。

对于简易担架，重量轻、操作简单、价格便宜无疑是其较为突出的优点，但是无论在什么情况下至少要占用两名以上操作人员，且在转运过程中的速度受体力的限制；对于普通担架车，现在市场上比较普及，但灵活性较差，而且也存在占用操作人员多的缺点；至于半自动担架车，其技术已经比较成熟，目前国内外主要有手摇式、脚踏升降式和手闸控制式等三种主要产品。

但是，这种类型的担架车操作比较复杂，要求操作者必须有一定的操作技能。

其重量较大，而且价格在一万两千元以上。

由于上述原因，此类半自动担架车在国内基本上没有普及，在大医院中都很少见到，在我军内部还没有类似产品。

发明内容:

根据上述提到的现状，我们针对部队的特殊要求，希望设计一个比较折衷的担架车，使其在野战条件下能实现简易担架、普通担架车和半自动担架车的主要功能，以节省出宝贵的救援时间和保证最小限度的占用人员。

为了达到上述目的，我们解决了以下五个难点：

（1）实现单人直推、直拉直接上下车，不必手动调节，操作迅速，以节省宝贵的救援时间和人员。

（2）实现功能的机构必须简单、巧妙,以减少重量，降低成本，便于部队列装和地方推广。

（3）具有普通担架车和简易担架的双重功能。

即要求它重量轻，便于携带.（4）上车时，实现前后轮分时上车，即后轮必须在伤员重量的1/2以上上车后再自动收起，以达到省力的目的；下车动作与上车动作相反，使担架车可靠地恢复到上车前的稳定状态。

（5）担架车在运动及上下车过程中的必须安全稳定。

5.行星轮式登月车

基本功能：

本作品的机构主要采用行星轮式驱动方式（即：

小齿轮在大的内齿轮里运动，电机驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮运动），使登月车在凹凸不平的地貌环境下可以平稳地翻越障碍、跨越壕沟，并能实现转弯、爬坡、无线遥控等功能，进而完成人所赋予它的各种任务。

性能指标：

1、可越障：

高度120mm以下的障碍；

2、可跨沟：

宽度130mm以下的壕沟；

3、可爬坡：

坡度45度以下的坡面；

4、可转弯：

转角60度以下的转弯；

5、可遥控距离：

根据遥控装置定，本作品采用的无线遥控装置可遥控登月车在300米内运动。

注：

1、以上性能指标均由工作原理部分作理论支撑，并通过实际性能试验后确定。

2、此性能指标对车的尺寸有较大依赖关系，由于条件和时间有限，此车仅为模型，性能有限，其性能还有较大提升空间。

）

扩展功能：

1、航天方面：

值得提到的一点是，根据月球微重力，条件差等特点，我们又参考国内制造的登月车的原理主要以越障为主，所以我们采用新型驱动方式，希望能给登月车的制造提供一些灵感。

2、工业方面：

野外地形复杂多变，而且环境较差，可以利用此车在人不得参与的环境里进行运输，采矿等活动；

3、娱乐方面：

可以利用此车的良好的越障性和平稳性把它用做旅游车或山地越野车；也可以做微型遥控玩具车，因为它的越障性能好，所以其乐无穷；

4、军事方面：

可改装成越野战车，战场地面多被破坏且有人为障碍此车像坦克一样可如履平地，并迅速突破敌防线。

6.仿生机器蟹

螃蟹以其独特的横向行走方式而标新立异于动物界，从而备受注目。

此机器蟹首先必须仿螃蟹的横向行走，即也必须使其大腿能够抬起，而小腿能够向大腿所指方向迈出，当其脚落地时能够抓住地面，通过运动带动整个身体向一侧行进。

我们联想到曲柄摇杆机构，利用其在曲柄旋转时摇杆在两个极限位置摆动这一特性，恰好仿似螃蟹小腿的摆动。

至于曲柄与摇杆间的部分仿大腿的抬起，我们采用一硬制弹簧同一凸轮的配合来实现。

蟹有八条腿，我们用采用了八个经过改动后的曲柄摇杆机构来模拟。

行走时四条腿着地作为支撑，并抓地向后运动而另外四条腿抬起，向前运动，当抬起运动的四条腿伸到前面最远时着地，此时抓地的四条腿运动到向后的极限处并抬起。

以此循环往复，从而实现了蟹的横向行走。

螃蟹遇到障碍是可以转向的，但并不象其他动物一样能立即转开，而是不断的转动很小的角度，做一个类似弧线的运动。

我们采用一个由电机带动的拉杆结构在着地的蟹腿做横向爬动的同时拉动蟹腿做纵向运动，从而带动身体在纵向缓慢挪动。

仿生机器蟹的原理方案实现

1.仿生机器蟹的横向行走机构：

用更改后的曲柄摇杆机构来模拟蟹腿，用两个电机分别控制八条腿，每个电机控制一侧的四条腿。

一条腿的设计简图为：

其中大腿的根侧与电机都连在螃蟹的身体上，这样当电机带动凸轮转动时，大腿能实现向上摆动，即带动小腿离地。

而在大腿摆到下面时，小腿的脚可以抓住地面。

因电机始终在旋转，则摇杆与电机的相对摆动便使电机向指定的方向运动。

2、仿生机器蟹的转向机构：

用硬钢丝拉动蟹腿实现蟹的转向。

我们在蟹的右侧放置两个电机，使每个电机控制两个不相邻的两条腿的转向。

结构图如下：

如图，两条腿为着地爬行的两条。

横向爬行时两腿横向用力带动身体横向运动。

当接受到转向信号时，电机转动，带动拉柄，从而带动拉杆L向左运动。

拉杆L给大腿一个纵向的作用力。

由于大腿此时着地是不能运动的，从而导致身体向相反的方向运动。

此过程实现了仿生机器蟹的转向。

参考资料：

1、机械创新论坛，哈工程仿生机器蟹（全国一等奖）：

2、仿生机器蟹的设计方案：

7.仿生壁虎

本实用新型提供了一种结构简单、体积小、隐蔽性强、功耗小、灵活性强、成本低廉、可靠性高、易于应用的微小型仿壁虎爬壁机器人。

它包括机械结构和电路控制两部分，机械结构部分包括仿生壁虎单腿结构、仿壁虎机器人身体组装结构和负压吸附及放压装置，仿生壁虎单腿由大腿、小腿和吸盘组成，身体组装结构包括两个腰部驱动舵机、两个气泵、两个气体放压装置、两个四通气管接头和六个塑料导体管，负压吸附及放压装置由舵机、弹簧、钢丝绳、卷线轮及固定弹簧装置构成，本实用新型具有自身体积小、结构简单、动作灵敏、隐蔽性强、成本低廉、适应环境强等优点，可充当侦察设备、武器系统、通信系统的载体，完成普通士兵无法完成的多种任务，具有广阔的应用前景。

8.爬竿喷漆机器人

一、基本功能

1、沿直杆变速攀爬功能

2、圆周喷漆或洗刷功能

二、系统组成

1、动力与传动系统：

多级齿轮减速电机

链传动

2、行走系统：

利用摩擦轮升降机构使机器人沿直杆攀爬

3、执行机构：

利用周向往复转动机构实现喷漆动作

4、支撑机构：

六边形主体框架

三支架均布连接（连接圆环导轨与主体框架）

喷头支撑机构

5、控制系统：

控制芯片采用ATmega16单片机，配合无线遥控装置（RC），分别实现

电机的正、反转及旋转电机的定时换向

附图一机器人外型图

三、机构设计

1、运动机构

①升降机构：

电机带动主轴，进而带动摩擦轮，使得机器人连续爬升

②周向往复转动机构：

两个小电机带动喷头支撑机构往复转动

2、传动机构

计算链条的强度，选用适当的链传动

3、夹紧机构

根据总重量和铁与胶皮的摩擦系数选取足够强度的拉伸弹簧

4、开合机构

机器人利用铰链机构实现开合

四、创新点

1、利用巧妙的组合，在一定的空间内实现预定的功能

2、连续可变速攀爬，使得喷漆均匀

3、开合式安装

4、可更换具体执行元件，实现高空多功能作业

6、采用单片机控制及无线遥控装置

五、机构参数

自重：

15.2kg

爬升速度：

0~8m/min

电机功率：

15wx3

8wx2

外形尺寸：

1710x962（mm）

爬升范围：

直径φ120~φ140的杆件

9.微定位仿生机器人

10.利用节流阀原理进行控速的高楼逃生器

本实用新型涉及一种利用节流阀原理进行控速的高楼逃生器，它解决了现有逃生器需要考虑人体重量以及需要预先练习的缺点，提供一种结构紧凑、成本低，使用方便、安全可靠的利用节流阀原理进行控速的高楼逃生器，它是由固定轴、圆柱凸轮、外壳、钢丝绳、滚动轴承等组成，圆柱凸轮安装在固定轴上，圆柱凸轮位于外壳内，钢丝绳缠绕在外壳上，在圆柱凸轮与外壳内表面之间设有滚动轴承。

本实用新型产品下降速度安全、下降速度可调节、使用灵活方便、任何人不需要预先练习都可以安全快速成功地逃生，该产品适合普通家庭使用，可以本人控制，也可以由他人控制，可单人使用，也可多人重复使用。

11.爬杆（绳）机器人

12.摆盘式特种发动机

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