大学生科技创新普及竞赛参考题目指南机械设计类.doc

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1、启航杯”大学生科技创新普及竞赛参考题目指南（机械设计类）1、机械设计类因考虑其实际情况，与电子、自控类有所区别，最终参赛作品可为实物或是设计说明书，作品可为机械作品，也可为机械结构。2、题目指南的设计说明书为节选自历届全国大学生机械创新设计竞赛、校“五四杯”等竞赛中优秀的机械创新类作品说明书，供参赛选手参考。3、参赛选手要结合机械设计的原则，进行创新设计，作品要有生产生活的应用前途。难度等级：A 简单题目编号：001窗户启闭机构这种方便擦洗的窗户启闭机构使窗户能够开启到与闭合时互成90的位置，操纵窗户启闭的主动构件是一个能相对转动的构件，除此之外机构还包括一个导引机构，在本设计中我们采用的是

2、摇杆滑块导引机构和主动件为转动的连杆机构来完成启闭两个动作。目的意义摘要： 日常生活中，启闭机构的应用十分广泛，例如可应用在窗户、炉门、箱盖等场合，普通窗户的启闭机构在使用中的最大问题是擦洗窗问题，特别是对于楼房，还有危险，为了解决这个问题，我们设计了这种方便擦洗的窗户启闭机构。 1. 机构功能分解： 设计对象的总功能是窗户启闭。完成窗户启闭功能的分功能是：窗户的导引功能；窗户启闭的操纵功能，此外还要对窗户有良好的承重功能及操纵启闭时有简单、省力的功能。 2. 方案设计及其选择比较：（1）从解决死点位置的角度首先对铰链四杆机构与摇杆滑块机构进行了比较。 图 1 铰链四杆机构 图 2 摇杆滑块机

3、构如图1所示机构为铰链四杆机构，连杆3为窗户，连架杆2为主动操纵机构，其缺点是：若以构件4为主动构件，则必经过一死点位置才能使窗户全开，这时，需附加一转距才能使窗户度过死点； 若以构件2为主动，则转过的角度很大。 如图2所示摇杆滑块机构，因为滑块沿窗户移动，窗的重力可由作为导轨的窗框承受，其缺点是连架杆2或4均不能在窗处于全开或全闭位置时作为主动件，因为在各该位置时机构处于死点位置。（2）从解决导引机构的角度对曲柄滑块机构与摇杆滑块机构进行了比较经过做图和计算可得，曲柄滑块机构不能满足设计的预期要求。比较的结果：摇杆滑块机构能较好的符合导引机构、承载的要求，但需要引入操纵机构，即将主动构件的转

4、动传入到导引机构中，既要结决死点问题，又要解决操纵省力的问题。综上所述，我们最终确定如图3所示的摇杆滑块机构。图3 串接式连杆机构组合该机构的优点如下：窗户关闭位置是操纵机构的远行程的极限位置也是其死点位置，而引导机构并没有达到极限位置，这样有利于窗户关闭的紧密性。因为窗户与连杆3成一定角度固连，所以当窗户开启到90位置时不是引导机构的死点位置。由操纵机构将主动件的转动传入引导机构度过死点位置。90的位置不是窗户开启的最终位置。窗户在引导机构度过死点位置后还可以再转动一定的角度，也就是说窗户从闭合到开启的最终位置能够转过钝角，这样就使得人能够在室内擦洗窗户的朝外部分。解决了楼房普通窗户的清洗问

5、题，减小了风险。该机构结构简单轻巧，操纵省力便于安装和投入使用。难度等级：B中等题目编号：002铰链多杆划桨机构 作品设计制作的目的是提出一种铰链多杆划桨机构的设计方案，为船体航行研究提供基础。基本思路是利用连杆曲线特性，利用两个对称的运动链，可以画出具有一段近似直线的连杆曲线，进而执行下水、推行、出水等划桨动作。图1 铰链多杆划桨机构该机构是由主动曲柄驱动的两个对称的运动链组成；铰链四杆机构连杆上一点可画具有一段近似直线的连杆曲线；另一个连杆同样画具有一段近似直线的连杆曲线。这样就可以画出划桨的动作。本作品的科学性、先进性在于该机构充分利用了连杆机构能实现复杂轨迹的特点，简单机构实现了复杂的

6、划桨动作，从而实现下水、推行、出水。该机构原理简单，构思新颖，机构在行进中机体重心平稳，可以实现其稳定性要求。从对国内外研究情况可以看出，目前无论是科研院所还是生产厂商都十分重视创新机构的开发。但目前研究的内容，大都侧重于控制系统的研究，不太适合初学者，由其是在大学低年级中开展此类研究非常困难，因此我们主要从最简单的机构应用入手，激发学生进行科技创新的兴趣，为培养科技创新人才提供坚实基础。难度等级：C偏难题目编号：003管道行进器目的和基本思路由于某些管道口径太小以至于人们难以进入，本作品的制作目的正是基于此而来的。创新点：通过4x2形式排布的八个滚轮与管道内部相接触而产生摩擦力，并由电动机带

7、动其滚动整个装置行进，并且通过齿轮的不同啮合情况而使它们的速度不相同而产生转向功能。并有一个交互功能，能实现自动转弯功能。科学性先进性：本作品采用了完全机械式的机构设计，使其能在管道里面前进，并且当管道出现弯道时，本作品通过一种接触试式装置能识别出转弯的方向和大小，从而能实现自动转弯功能。从而实现了其他产品要通过较复杂、不易维修的电气设备才能达到的功能，并且本作品设计了一套弹性装置，使本作品并不是仅仅适应单一口径的管道，从而大大的提高了它的实用性和改善了它的经济性能。具有较好的市场适应性。技术特点和优势：本作品能实现管道内布线以及为管道内部的测量、探伤、检测、修补提供一个载体，在理论上来说，它

8、可以适应各种口径和不同深度的管道。由于本作品是纯机械式的，所以其操作、保养、维护十分简单，并可以在较为恶劣的环境下工作。市场分析和经济效益预测：其应用范围十分广泛，并且它造价十分低廉。实现工业生产以后有十分强的竞争力，具有广阔的市场前景。当前国内外同类课题研究水平概述：随着现代科学技术的发展，管道运输作为一种高效、安全、可靠的手段应用日益广泛，目前，我国有各种气管道、石油管道、下水道、自来水管道等很多管道。城市中的地下排水系统、取暖系统、煤气系统、自来水系统等都应用了各种管道；另外，在现代工农业、石油、化学、核工业等领域也大量使用了管道。经过长期使用，由于年久失修，每年都要出现大量故障，它们会

9、出现裂纹、腐蚀、堵塞等故障，为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，由此可见，管道机器人有着广阔的市场。现在有很多的大学和研究所都在开展管道机器人的研究。如由浙江大学研制的无损伤医用微型机器人具有三大特点：一是此种微型机器人能以悬浮方式进入人体内腔（如肠道、食道等），这样可避免对人体内腔有机组织造成损伤，从而可大大减轻或消除患者的不适与痛苦；二是此种微型机器人的运行速度快，而且速度控制方便，这样可缩短手术时间；三是此种微型机器人的结构简单，加工制造方便。目前，此种微型机器人样机已接近

10、实用化程度。上海交通大学研制出一种呈正方形体，由12个蠕动元件组成的管内蠕动机器人，外形尺寸为353535mm3，体重19.5克（包括控制电路），步行速度为15 mm/分，共有12个自由度，由SMA（形状记忆合金）与偏置弹簧组成一个驱动源，共12个驱动源。能实现管内上、下，左、右，前、后的全方位运动，能通过直管、曲率半径较大的弯管，以及L型、T型管。 但是这类产品的设计十分困难。当前大部分产品设计的都比较复杂，如各种工业机器人，应用了各种各样的电气设备，如探测器、感应器、红外遥控装置等等。这样，便使得设计出来的产品难以维修，并且由于其工作环境的特殊性，当出现问题时，零件不易更换。对工作环境的要

11、求较高。所以有的产品为了适应这种情况，对作品作出了较大的改进，从而导致了产品的造价很高。不利于推广。还有的产品虽然没有使用较为复杂的设备，有较低廉的造价，但是没有较满意的功能，在其中的大部分作品都没有对管道的形状的判断功能，所以，这些产品只能在直管道内工作。没有较好的实用性能。本作品具有能自动识别管道的方向并能转向，主要是通过齿轮之间的不同啮合情况从而产生不同的速度比来实现的。同时还具有一定的伸缩性来满足一定范围的管道口径，使作品更具有经济性能。对零件的说明（图一图二）序号说明1齿轮m=0.4,z=40，两个2传动皮带，两个3齿轮m=0.4,z=30，两个4矩形框（可以改变形状）5齿轮m=0.

12、4，z=306齿轮m=0.4，z=15，四个7齿轮m=0.4，z=25，两个 表一工作原理：本作品的工作部分可以根据管道形状的不同可以分成状态：当管道不出现拐弯时，对应的两个1号轮转速相同。如图一所示。 图一（1） 当管道出现拐弯时，对应的两个1号轮转速就不相同。如图二所示。图二在图一所示状态时，齿轮1和齿轮3啮合，齿轮3再和齿轮1啮合，由于两个齿轮3的m，z是相同的，两个齿轮1的m，z也是相同的。所以在这种状态下，两个齿轮1的速度也就相同。从而由它们带动的两个滚轮的速度就相同，这样管道行进器就不会发生转弯。在图二所示状态时，是通过矩形框的改变得来的。齿轮5和一个齿轮3以及一个齿轮7啮合，齿轮

13、3和齿轮7上各有一个齿轮6与它们固连，它们之间通过皮带轮相连，这样就使它们的转速相同，另一个齿轮3和齿轮7就和两个齿轮1相啮合，但是由于上下两部分的齿轮之间的啮合情况不一样，所以两个齿轮1的转速就不相同。这样就使管道行进器发生转弯。下面我们基于这种状态来讨论两个齿轮1的转速。假设分别用来表示齿轮1、齿轮3、齿轮5、齿轮7的转速。我们先看上半部分：齿轮5和齿轮3啮合有 （1-1）所以有 （1-2）齿轮7通过皮带轮2和齿轮3传动有 （1-3）所以 （1-4）由上面四式我们可解的 （1-5）再看下半部分：齿轮5和齿轮7啮合有 （1-6）齿轮7通过皮带轮2和齿轮3传动有 （1-7）齿轮3和齿轮1啮合，

14、有 （1-8）由（1-6）（1-8）式我们可解的 （1-9）所以我们可知道上下两个齿轮1的速度之比为1.44。就导致由齿轮1带动的两个滚轮之间的速度之比也是为1.44。下面我们再讨论在不同的管道口径、转弯半径、转弯角度时的功能。如图三所示 图三设r为管道内弯道的半径，R为管道外弯道的半径，为转弯的角度。 设一个滚轮的速度为s，则另一个滚轮的速度为1.44s。内道的距离 （1-10）外道的距离 （1-11）则它们的差 （1-12）则我们可以求得转弯的时间 （1-13）由（1-13）我们可知。时间t与R-r、成正比、与s成反比。下面我们再来讨论为了适应不同口径的管道所设计的弹性机制是如何实现的。原

15、理图如图四所示图四如图四所示，9和11是和机架固连在一起的，10是滚轮的支架，是一个活动体。就是通过调节10的位置来调节滚轮的位置的，来达到适应不同管道口径的。三者之间是两个弹簧。我们由弹性力学可知10由于位置的偏移量而受力的大小F之间的关系。如图五所示图五当s变大时，则10受到拉力，使它回到原位，使滚轮所在的支架不至于脱落。当s变小时，则10受到推力，使滚轮与管道内壁产生运动必需的摩擦力来提供运行前进的动力。作品的控制功能。如图六所示，图示的圆是我们的滚轮，他与管道的内壁相接触，由弹簧提供一定的摩擦力，它在管道内壁上滚动来带动整个装置前进。图中所示的8号零件是装置的控制感应杆。它的上部分的水

16、平位置和滚轮的顶端有一个很小的位差。使装置在直管内行进时不和管道内壁相接触。但是当装置在弯管内行进时，它与管道内壁相接触，从而产生一个位移，然后通过一个换向装置来改变图一所示的矩形框，使齿轮的啮合关系发生变化，这样，两个对应的滚轮的速度就不一样，使装置转弯。 图六 通过下面的图七，我们可以看出在不同的状态时，矩形框的几何中心在不同的位置。所以就设计了如图八所示的装置。使它能有两个状态位。但是由于矩形框的不稳定以及有两个状态位。所以就用弹簧来固定，使矩形框处于一个稳定的状态，当要发生变化时，由控制杆产生一定的力使它发生变化来实现状态的改变。图七图八 在我所提供的模型中，由于整个装置太复杂，以及一

17、些轴的精度不够高，以致于装配的不好。不能实现真正的运动。仅仅是提供一个静态的模型用于说明。难度等级：C偏难题目编号：004无线遥控爬竿喷漆机器人一、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三、机构设计1、运动机构 升降机构：电

18、机带动主轴，进而带动摩擦轮，使得机器人连续爬升 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 这种机器人模仿尺蠖的动作向上爬行，爬行机构由简单的曲柄滑块机构和上下两个自锁套（锥套）组合而 成。电动机与曲柄固接，驱动装置运动，上下两个自锁套是实现爬杆的关键机构。当自

19、锁套由向下运动趋势时，锥套、钢球、圆杆之间会形成可靠的自锁，使装置不能下滑，而上行时自锁解除，爬杆机器人的爬行过程如动画所示，初始状态上下自锁套位于最远极限位置，同时锁紧，当曲柄逆时针方向转动时，上自锁套锁紧，下自锁套松开，被曲柄连杆机构带动上爬，当曲柄越过最高点，上自锁套松开，下自锁套锁紧，被曲柄连杆机构带动上爬，。如此周而复始，实现自动爬杆。用这些简单的机构、结构使机器人爬杆，体现了独创性。难度等级：B中等题目编号：005多功能清洁车目的和基本思路：此车主要用于对如广场类的平整地面的无污染清洁，实现扫，擦，垃圾回收多项功能。科学性先进性：现有的同类产品只是各个独立功能的载体，而多功能清洁车

20、实现一车多用，把一般的清洁类功能集于一身，更方便，经济。且多功能清洁车使用电机做驱动，对环境的污染很小，避免了同类产品既清洁又污染的弊病。技术特点和优势：只要司机控制好方向，其余工作将全部自动化。该车适用于相对平整的地面的清洁，实现清扫，撒水，擦洗，垃圾回收全部的清理工作。相对于市场现有的同类产品而言，该车具有对更多功能的集成性，实现对地面的全面清理，更方便快捷，经济。市场分析和经济效益预测：就人们日益高涨的环保意识而言，多功能清洁车以其方便，快捷，无污染等优点，一定会受到欢迎，一定会有很大的市场。当前国内外同类课题研究水平概述：此申报作品叫做“多功能清洁车”，属于机械类科技发明制作。下面概述

21、一下此类产品的研究情况：1.就同类产品而言，有一个共同的弊端：污染。此车使用电机做驱动，避免了同类产品在清洁的同时又给环境带来污染的矛盾。2.在数不胜数的清洁设备中，几乎都是只能实现单一的动作，这样对同一劳动量的工作就需要有更多的机械参与，既不经济又不方便，还会带来更多的污染，多功能清洁车是多个动作的集成体，可以实现清扫，擦洗，垃圾回收的流水线工作。在概念上处于此类产品的领先地位。3.适应当今城市环保的需求，电机驱动可以把人们讨厌的噪声，降到最低线，给人们的生活及休闲营造更好的条件。参赛作品打印处：“多功能清洁车”，属于机械类科技发明制作。此车使用电机做驱动，避免了同类产品在清洁的同时又给环境

22、带来污染的矛盾。多功能清洁车的工作步骤如下：1.清扫。利用曲柄滑块机构，产生一个沿直线方向的往复运动。在车体的前部置一搓子，通过连杆铰接在车的前轮上，构成曲柄滑块机构，产生往复运动，这个动作可以把所遇垃圾搓向前方，实现粗略的清洁。2.撒水。这个动作既可以降尘又可以方便下面的工作-擦洗。3.擦洗。通过一对直齿齿轮与平行轴齿轮的啮合把转动传到垂直于地面的方向，转化为擦洗盘的转动，并对地面进行擦洗，在没有大块垃圾存在的湿润地面上实现对一些污渍，诸如，酒渍.口香糖等等。4.垃圾的回收。在进行一段时间的清洁之后，在车身的前部聚集了一定量的垃圾，需要清理。这时可以通过手动的调节到回收时间，这时，垃圾回收铲

23、就会下降收回地面的垃圾并倒在前身的垃圾箱。如下图：难度等级：A简单题目编号：006防爆瓶塞目前，关于暖水瓶内胆爆裂造成消费者受伤的投诉此起彼伏，为此，通过观察家里的暖水瓶，改进瓶塞的结构后设计的瓶塞简单实用。该瓶塞在顶部中间钻一沉孔，直到瓶塞体中部位置以下，然后在沉孔末端开一半径稍小的通道，再在沉孔末端放一半径略小于沉孔的小球，在瓶塞体外部均匀钻3个横向通气孔，内部和沉孔相通。该瓶塞利用水瓶的气压和小球的重量关系，完成排气过程，减小内部压强，从而防止瓶胆过压爆裂。并且瓶塞可利用小球的活动防止水平倒吸。该实用新型瓶塞利用自身内部的通道以及质量合适的小球，根据热学以及力学的原理，由小球的重量适当地

24、调节水瓶内外的气体压强，达到普通瓶塞没有的减压防爆的效果，有效降低水瓶胆爆裂造成的人身伤害，并且可以利用小球的活动防止倒吸瓶塞。该种设计使用简单方便，稍用透气好的纱布包装，减少内部污染，适合不同年龄的人群，制作工艺简单，使用材料来源广泛，便于涉取，成本低廉，易于被生产方和使用者所接受。一、瓶塞结构概述本实用新型涉及的一种瓶塞，具体涉及一种防爆瓶塞，用于防止保温瓶胆因内外压力差，而产生爆炸，保证人身安全。该瓶塞体M上端中间开有一半径为R的沉孔至瓶塞体中间位置，并且沉孔底部形状近似圆弧，半径为R，在瓶塞体上自沉孔的底部中间至瓶塞体的底部开有一半径稍小的为r的通孔，面积为S，在沉孔底部置放一小球，小

25、球半径略小于R，小球质量为m(m小于M)，在瓶塞体顶部以下的位置处均匀地开3个横向通气口，每个通道半径为r(r小于R),直至与沉孔相通，该防爆瓶塞结构简单，使用方便，具有防爆功能，并且要用透气良好的纱布包装就可以在正常使用期间很好地隔断外部物质进入到内部，保证饮水安全。二、瓶塞结构分析沉孔，半径R沉孔底部，内置放一球，半径略小于R，R大于r沉孔R横向通孔，半径r,内通联于沉孔沉孔端用小木塞堵住，小木塞块半径为R横向通孔，半径r三、工作原理当瓶内的气压P达到一定限值时，根据热力学原理，瓶塞底部受到一个P，而瓶塞底部的小孔面积S因为这个P，作用到瓶塞体内部的小球于通道的接触面积，近似处理为S，此时

26、由于小球的重力mg和作用于球面的压力PS，根据力学平衡条件，当P在还没达到瓶胆所能承受的最大压强P1时,该PS恰好大于mg，此刻小球被气体顶起来，冲出来的气体瞬时从通道处喷向外界，从而减少多余的内部气压，当内部气压一减小，小球又掉下来堵着通道口，回复正常，一旦内部气压因为剧烈震动导致再次升高，此排气过程将有效重复进行，直到内部气压不足够再次顶起小球m。该瓶塞还可以有效防止在水瓶内部温度降低时，气压减小，倒吸瓶塞，此时，只需要轻微摇动瓶体，当小球活动起来，就可以使内外联通，轻轻地就可以拔出瓶塞，安全方便。难度等级：B中等题目编号：007立体停车场 我们主要是依据现在社会对土地的重视程度,以及“

27、寸土寸金”的现状.如果能提高土地的利用率,那就是对财富的一种节约,也是对财富的一种积累.这种类似的研究在国内外都有人在从事.国外的停车场大多采用长方体的外表结构，这样不仅需要上下移动而且需要进行横向移动，这种设计不仅增加了结构的复杂性和成本，也降低了其稳定性。我的这个项目主要创新点就在于采用近似圆形的正八面体结构，升降台在传统电梯的基础上可绕自身旋转。即实现了自动操作有节约了土地资源，可以说是一项比较有发展前途的项目。作品的使用很简便，因为此装置已实现自动化控制，无需很多工作人员。控制系统是采用PLC控制系统,十分的智能化。作品应用范围很广，在停车车位紧张的地区都可以应用。能够节省空间，减少交

28、通压力，让停车更轻松。用户需要用车时，只需提前通知停车场的工作人员，工作人员便可以提前将车放在方便的位置。作品的前景十分的被看好，因为他很节省空间。作品的前期投入稍高，使用中也需一定的维护费用，但只要车位的利用率高就还是十分的经济。一、立体车库概述车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30-40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十五年的历程。 机械车库与传统车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足

29、够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高8090，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。目前，立体车库的形势有多种，我们设计的作品具有以下特点：1) 占地少，一个泊位面积可停多辆车。2) 外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。3) 价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。4) 可采用自动控制，操作简单，运行安全可靠。5）实现了无人化管理，可以有效防盗。二、立体车库结构及控制系统： 1.车库结构： 我们设计的立体车库采用了正八边形的结构，可根

30、据实际需要采用不同的层数，每层有8个泊车位。此结构可以更加有效的节省土地面积，外型更具美感。框架如下图： 2.升降系统： 升降台位于车库的，采用现实生活中常规的电梯模式，但其不同点是可以绕中心自由旋转，从而中心实现在不同的方位停车，为保证安全在电梯中安装了自锁装置，同时使整体结构牢固紧凑。3.取装车机构： 取装车机构可以整体移动，底部采用连杆机构，由电机驱动。上面装有可以活动的停车板，连杆机构如图：图(1)开始放车图（2）到达车位图（3）放车完毕难度等级：B中等题目编号：008全自动窗帘为了让自动化技术走进千家万户、方便人们生活。创新点：功能全、价格低、且实用，实现了全自动控制。集定时与遥控于

31、一身。作品采用单片机控制原理进行控制。根据调查，当今窗帘设计中，涉及现代化科学技术的运用手段，与电器等高科技设计的快速发展很不相符，显得十分落后。由此可见，一种“中价位”和具有“科技性能”的窗帘设计研究，已成为国际上窗帘生产厂家的设计部门中，一个重大的科研课题。我们设计的自动窗帘结构简单，造价低，且实用。该窗帘由定时装置和遥控装置控制，这样，在设置好的时刻，窗帘会自动开启和关闭，在你随时想关或者开时，可用遥控控制。因此，该产品我相信在装潢方面有一定的市场，会受广大用户的欢迎。该产品主要功能是定时与遥控，这两种功能均在遥控器上执行，非常方便用户。由于功能较全，而且有绝对的价格优势，如果大批量生产

32、相信很快会占有较大的市场份额，市场前景可观。根据调查，目前市场上只有电动的卷帘，而且价格十分昂贵，一般的家庭是消费不起的，当今窗帘设计中，涉及现代化科学技术的运用手段，与电器等高科技设计的快速发展很不相符，显得十分落后。由此可见，一种“中价位”和具有“科技性能”的窗帘设计研究，已成为国际上窗帘生产厂家的设计部门中，一个重大的科研课题。在此，我根据所搜集的有关资料，谈谈“全自动可摇控窗帘”的设计原理初探。社会在发展，科技在发展，窗帘的设计制作也更需要加入现代电子技术成分，使其跟上国际高科技产业的现代信息化发展，相信在很多家庭里窗帘还是用手拉开和关上吧！目前绝大部分家庭宾馆办公室的窗帘的开关都是

33、用原始的手拉绳牵方式。而以绳索牵拉窗帘开关的电动窗帘机，则因绳索易磨损、易卡阻、运行不稳定而缺乏市场。但问题还不止这个，用手动的话，时间久了，窗帘也就拉坏了，主要是因为拉力不适当引起的，用手动掌握拉力的大小，着实不易。针对这些问题，我设计的自动窗帘对以上问题都可以避免，故我认为我的设计方案具有很高的市场前景。 以我们目前所学的知识，在实验过程中遇到很多问题，比如我们对电学方面的知识很缺乏，高深的控制理论我们还不熟悉。我们在设计中运用了单片机控制理论，方便实用。根据调查，目前市场上自动窗帘很少，而且还是自动卷式窗帘，那样做成本很高，所以需要订做。但是，我设计的自动窗帘结构简单，造价低，且实用。该

34、窗帘由定时装置和遥控装置控制，这样，在设置好的时刻，窗帘会自动开启和关闭，在你随时想关或者开时，可用遥控控制。因此，该产品我相信在装潢方面有一定的市场，会受广大用户的欢迎。 一、窗帘实物结构示意图如下：该窗帘主要由控制电路、两个滑轮、窗帘导轨（带环）及传动皮带组成，其中，控制电路中包含有电动机作为驱动力，通过带动皮带使滑轮转动，从而实现窗帘的关闭运动；电动机的旋转有控制电路控制，控制电路的定时和接受遥感信号控制电机，这样窗帘定时开关和人工遥控控制窗帘两种功能就实现了。二、以上是对功能实现的大体描述，控制过程由以下控制原理图实现，如下图所示：本控制电路主要用单片机控制原理，单片机模块由两大部分构

35、成，即定时器显示部分和信号接收部分，定时器显示部分是针对窗帘的定时功能设计的，而信号接收部分用于接收遥控器发出的信号，通过调用子程序的执行来对电机的控制，电机的停止则由对电机运动状态监控的传感器将电机状态信号反馈给单片机来实现的。三、经过对该窗帘结构及控制的不断改进，接进商品技术日趋提高，再根据市场调研情况，全自动窗帘相信会有一定的市场，故该放案具有一定的可行性。设计材料结构图如下：1、滑轮结构尺寸2、导轨截面图：对于电机，型号直流电动机12V 226mA 32ZYC250就可，其他材料视情况而定本设计材料，注重了“成本估价”在中等以下家庭的经济承受价位，远低于高档窗帘的成本价位。本设计又全方

36、位体现了现代全自动可电子摇控技术的应用，极大地提高了当今“窗帘装饰”的各项性能优势。综上所述，全自动窗帘的设计原理说明，它具有一定的可行性、实践性和优效性。难度等级：C偏难题目编号：009四足跳跃机构技术特点和优势：该作品从整体上可以分为前后两部分，前后两部分间用滑竿和弹簧相连接（从而实现装置的伸缩）。当前腿往后弯曲时，此时两后腿深长着地，装置的重心往后移动，装置的前半身往前深长，实现两前腿腾空，装置深长。当两后腿弯曲时，其过程与两前腿弯曲时相同，实现的是装置后半身往前缩短。适应范围：该装置采用了伸缩传动的跳跃式前进，整个装置的重心随着装置在一个周期内的运动发生流水式的移动。该装置适宜于地表比

37、较粗糙、路面较差。从研究的前景来看，跳跃式机器装置对更智能的机器人研究课题有深远的参考价值和利用价值。跳跃装置的研究是崭新的研究课题，其组成结构和运动原理都是都处于初步的探索阶段，从理论的研究角度和和实际开发的情况来看，该装置的开发研究是完全可能的。该结构从整体看来可以分为前后两大部分，前后部分结构上看来基本一致，装置的动力机构分布在装置的后半部分。装置的主要结构如下：腿部结构：装置由4条腿组成，其可以分为两前腿和两后退。每条腿有3个关节，从上到下分别为第1关节，第2关节，第3关节。第2关节中有减震结构（如图1）。第2关节与第1关节通过杠杆传动。第2关节可以自由活动，但其活动范围只能往后运动9

38、0度。第关节可以对称的前后活动60度。第3关节无杠杆相连传动，但与第2关节由弹簧相连（如图2）。两前腿（两后腿）之间以杠杆相连，使之协调，运动一致。杠杆中央与动力机构连接。伸缩运动原理：装置前后两部分由滑竿弹簧连接（如图3），动力装置由电机提供。通过凸轮使转动转换为平动。从动力源出来的运动分为上下两部分，下部分与前（后）装置相连（如图4），上部分与腿部装置相连。运动时，前腿往后弯曲，前半身往前深长，重心后移，后腿深长着地。实现两前腿腾空。当后腿往前弯曲时，后半身往前滑移收缩，重心前移，实现两后腿腾空。此时，两前腿着地。这是跳跃装置运动的一个周期。流水型重心的设计：该装置的腿部、身躯等结构由轻型

39、材料制成。装置的重心全部集中与动力机构（电机）。电机位于后半身部分。电机的移动即整个装置重心的移动，电机由4根弹簧相对的固定（弹簧不会弯曲，只能伸缩）。当传动动力对外施加力时。由于作用力与反作用力的方向相反性。电机随之移动。但由于弹簧的缘故，电机移动的位移小于动力传动装置的位移，从而产生位移差。实现了整个装置的前进。以上为四足跳跃装置的主要技术难点和装置的运动原理。其具体结构原理分析以实现。图表：图2 图1图3图4难度等级：C中等题目编号：009爬壁机器人爬壁机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，具有一定的社会效益、经济意义和广阔的应用前景。我们从壁面特

40、点出发，选择真空吸盘式吸附方式；从成本，越障能力及灵活性出发，采用双主足交替吸附的行走方式。技术关键：双主足交替吸附使机器人有极高的灵活性和越障能力，每个驻足后的两个附足使其具备一定的曲面爬行能力及面面转换能力。主要技术指标：本体重量1.5Kg 最大爬行速度：10mm/s 最大越障能力：1516mm(高度宽度)科学性先进性：壁面作业机器人的研究在国内外均有开展，主要有框架式、轮式或履带式、步行式等多种结构形式。现有壁面机器人结构复杂，通用性较差；我们研制的机器人结构简单，转向灵活，具备面面跨越能力，通用性强。国内哈尔滨工业大学研制的单车体壁面移动机器人和北京航空航天大学研制的双吸盘结构的履带式

41、机器人均采用负压吸附原理，对平整壁面，结构化的极限作业环境有较高适应性，但运动时车体容易打滑，对安全不利；本机器人可跨越每块玻璃或瓷砖之间的直线边界，如窗框胶条、缝隙、边框等，突破了只能在大平面上运动的限制。综上所述，本壁面机器人结构简单，有较高的适应性，灵活性，可以加上不同的平台实现不同的功能。技术特点和优势：独创性的二主足行走与双附足行走相配合的结构，使其在极其简单的结构下实现了面面转换，跨越障碍，及任意角度旋转等高难度动作。适应范围及推广前景的技术性说明：随着城市林立的高层建筑拔地而起，如何定期对它们进行清洗保养成为城市环保的难题因为清洗这些高层建筑由人工完成时，不仅投人大、效率低、费工

42、费时，而且极其危险由高速高效的爬壁机器人完成这些工作，无疑是最佳选择市场分析和经济效益预测：它可以改善工人的劳动条件，提高效率与清洗质量由于中国的经济正处于高速发展时期，城市的各种高层建筑正成倍增加，性能优异的爬壁机器人具有广阔的应用前景当前国内外同类课题研究水平概述：近二十年来，爬壁机器人的研究开发工作已在日本、美国、英国、前苏联和我国取得重要成果。适合特定壁面的行走机构形式主要有车轮式、履带式和框架式三种。随着作业对象的复杂化和多样化，用户、制造商和研究者开始对爬壁机器人提出更高的要求，诸如对不同形状壁面的适应能力、地面到壁面(或其它相交面间)的过渡行走能力、对复杂障碍物的跨越能力、较好的

43、机动性(mobility)和灵活性(flexibility)等。对于爬壁机器人，国内外的研究都很多。这方面的研究尤以日本最为领先。我国对这方面的研究起步较晚，但许多科技人员也在积极地研究，比如上海交大的履带式爬壁机器人、长春光机学院气吸式机器人和上海大学的八足吸盘式爬壁机器人。爬壁机器人从总体上来说是一门新兴的技术，其大部分产品是停留在实验阶段而相对地较少有大规模地应用，但随着研究的深入，会有较广的前景的。清洗爬壁机器人是特种机器人的一种，用以代替人工对高大建筑玻璃幕墙进行清洗维护工作。为实现在壁面上的清扫作业，清洗爬壁机器人必须具有两个基本功能：即在壁面上的吸附功能和移动功能。鉴于建筑物壁面

44、的非导磁性，不适于磁吸附爬壁机器人使用，清洗爬壁机器人多采用真空吸附式结构， 由风扇、空气压缩机等真空发生器设备使吸盘内形成负压，依靠压差将机器人牢牢地吸附在壁面上。真空吸附式壁面移动机器人又分为单吸盘和多吸盘两种结构。单吸盘真空吸附壁面爬行机器人可实现小型化、轻量化，且结构简单、易于控制，但要求壁面有一定平滑度，越障能力低，对复杂壁面环境不适应，当遇到较大淘槽或凹凸面时，吸盘负压难以维持。多吸盘脚式壁面爬行机器人的吸附稳定可靠， 克服了单吸盘结构移动连续但吸附不可靠的缺点，可是其移动是间断的，且移动速度受到限制，控制比较复杂。9 0年代最新研制成功的推进型壁面移动机器人，采用直升机原理，利用螺旋桨产生的高速气流来带动机器人向上高速移动，螺旋桨所产生的推力与壁面大约成2O角始终有指向壁面的推力从而实现了机器人的吸附功能，使机器人可以紧贴壁面移动，有一 定的越障能力，但成本较高结构复杂。参赛作品打印处：1 爬壁机器人模型简介该机器人模型的系统总体结构如图1所示，由吸附元件、减速器、气动元件和组成。由真空泵使吸盘产生负压，使机器人能吸附于壁面上，由电控系统控制电机实现机器人在