机械创新设计1

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1、 机械创新大赛作品机械创新大赛作品1 助立椅 参赛学校：华南理工大学 参 赛 者：毕经元、龙志健、万明远，指导教师：张铁、李杞仪 作品内容简介 本作品是一张方便老年人或者腿脚不便的人站立的椅子。主要是通过使 用者上肢的运动来带动一面的动作，从而可以调整人的坐姿与重心，来减少下肢的运 动来实现站立姿势。本机构主要用到了平面连杆以及其它一些机械结构来实现椅面的 调整，来带动使用者的行动。并且如果使用者需要的话，在坐下来的时候也可以起到 减少其下肢运动的作用。 主要创新点 我们主要是考虑到老年人或者其他腿脚不方便的人群，在站起来的时候总 是很费力；而且往往在坐下来的过程中也是一屁股就坐了下去。为了改

2、变这样的状况 ，我们将人站立过程中的手脚并用，该为手起到主要作用，方便特殊人群。 推广应用价值 我们的社会对老年人的关爱渐见凸现，在这样的背景下，对老年人日常 行动的关爱也就更为重要了。而且对于特殊群体，比如下肢受伤，残疾等等的人群， 我们的设计也可以助他们一臂之力。方便了使用者日常行动，而且也减轻了子女或者 看管人的看护负担。这样的话，他们坐下就不愁再站起来了。 2 自动搀扶助步车 参赛学校：青岛大学 参 赛 者：王新刚、曹志强、郑虎阶、徐晟、孙海峰，指导教师：师忠秀、庞严英 作品内容简介 本产品主要应用于腿部残疾、腿部骨折处于恢复期的病人。主要运用了 自动检测和电器控制的原理；巧妙地将助步

3、车和动力装置结合起来，实现了动力助步 ；并添加了单片机系统、光电检测装置以及继电器，可以自动检测病人的行动意图， 并且实现了车随人动。该车充分考虑了不同使用者的需要，设置了多种不同的工作模 式；另外，本车增添了多处人性化设计及安全保护措施，结构简单、操作方便、产品 的可靠性高；创新地利用支撑板代替双拐，这样可以减轻病人长时间拄拐带来的劳累 ；由于该车操作的方便性以及车身对人体的搀扶作用，病人可以独立使用，从而大大 减轻家人及护士的负担。基本技术指标：1、整车指标：速度 00.5m/s 连续可调；电 机：DC12V、46rpm、P=15W。电源：12V、14Ah； 光电开关：检测距离：0.1m/

4、0. 3m、DC 636V。 主要创新点 （1）系统能够自动检测人体的行动意图并自动启动相关系统进行动力助 步；（2）本车实现了车随人动，提高了使用者的方便性和舒适性；（3）本车实现了 在一定范围内的无级变速；（4）本车采用了多种工作模式以适应不同的使用人群；（ 5）独特的控制电路大大简化了控制系统；（6）多处人性化设计和安全措施，使本车 更安全实用；（7）病人可以独立使用，从而减轻了家人及护士的护理负担。 推广应用价值 该车的应用前景非常广阔，可应用于医院的康复中心、也可提供给残疾 人使用、还可以应用于行动不便的老年人，用于搀扶助步。 3 语音识别控制的多自由度欠驱动助残机械手 参赛学校：上

5、海交通大学 参 赛 者：李顺冲、扬飞鸿、陈侃、黄俊杰，指导教师：高雪官 作品内容简介 为了尽量能使机械手与人手大小相仿，同时也为了体现欠驱动手的优势 ，机械手将通过一个电机驱动，通过差分机构自适应地分配动力，差分机构与电动机 可藏入手掌和手腕内。手指的结构：我们的机械手共使用 4 个手指，分别为拇指、食指、中指和小指。除拇指外，其他每个手指尺寸均相同，这样就可以模块化设计、加 工，可以互换，也可以根据实际需要增减机械手的手指数。食指、中指和小指这三个 手指每个手指都由三个指节组成。拇指结构与其他三指基本相同，但只有两个指节。 弹性推杆差分机构：由于只使用一个电机驱动各个手指，为了使驱动力可以自

6、适应地 分配到各手指，需要一套驱动力差分机构。我们的方案是这样的。滑块安装于手掌内 的导轨中，通过一个丝杠-螺母机构驱动，可以沿导轨做往复运动。滑块与手指间通过 弹性推杆来连接。在滑块向前运动过程中，当各个手指没有接触物体时，弹性推杆不 收缩，可以看作是一刚性杆，驱动各手指运动。 主要创新点 所谓的欠驱动就是指机构的驱动数目少于自由度数目。我们的机械手就运 用了欠驱动抓握原理，由一个电机驱动全部的四个手指（共 11 个关节）实现对物体的 抓握，这种机械手在抓握时能够很好地适应物体的形状。机械手的大小与人手相仿， 同一般的灵巧机械手相比虽然功能有所减少，但在同样完成抓握动作的情况下，它的 结构更

7、简单，重量更轻，体积更小。 推广应用价值 能够采用语音进行控制的欠驱动机械手，操作简单，使用方便，价格低 廉，必然能为手部残疾的人士带来福音。 4 多功能助食装置 参赛学校：广东工业大学 参 赛 者：陈其庆、陈志忠、刘智勇、赖锦涛、何影冰，指导教师：傅惠南、吕志强 作品内容简介 为了填补市场上并没有靠用脚控制来实现进餐的器械的空缺，我们设计 出本装置，同一种动力输入，输出多种功能。由脚控制，能够帮助进餐，翻书等功能 。它由底座、支撑柱、桌面、转台、递送装置、自动复原机构、翻书装置和脚踏组成 。助食的操作步骤有：1、对转台控制脚踏施力，通过软刹线传动，驱动分度机构旋转 带动餐桌转动，实现食物选取

8、；2、对递送装置的控制脚踏持续输入动力，通过软刹线 传动，令递送装置上的机械臂先往下摆动一定角度再下降到菜的位置；3、对夹子控制 脚踏施力，控制夹子的张开与夹紧，使其夹住食物；4、缓慢撤消对递送装置的动力， 机械臂回复到原来位置，实现送菜；5：对夹子控制脚踏施力，使夹子松开食物。翻书 的操作步骤是：首先利用手臂中滑块的直线向下运动使吸盘吸紧书，然后利用吸盘的 吸力和滑块向上运动使书提到一定高度，接着利用装在转台下的翻书杆和转台的转动 使书翻过。 主要创新点 （1）理念新：是独特的靠脚控制进餐的新装置。且同一动作输入，输出 多种功能。（2）实现方式新：采用简单的机构实现复杂的功能，结构巧妙，操作

9、简便 ，表现在：设计出仅由一控件分时序控制两个自由度动作的新机构，取代传统的一个 控制对应一个自由度的做法；采用转台旋转来食物代替传统的用机械手选取食物；使 用集夹菜夹饭两个功能于一体的夹子，取代传统的筷子和勺子；使用软刹线传动代替 复杂的传动机构；采用弹簧复原，实现一控件控制两个相反方向的运动。 推广应用价值 目前，市场上并没有靠用脚控制来实现吃食物的器械，为了填补市场空 缺，同时克服现有助残装置功能单一、结构复杂的缺点，我们设计出本装置，用脚控 制，不仅能够帮助进餐、翻书、和练习玩打击乐器等多种功能，而且结构简单，操作 简便。它能帮助双手残疾人解决“吃饭难”和翻书难的问题，避免直接用脚吃饭

10、和翻书的 尴尬与不便，美化了他们的生活，以及丰富了他们的精神生活。总之，它的出现，将 会为双手不便利的人带来了另一种新生活。 5 基于角度主动控制的机械助残腿 参赛学校：上海交通大学 参 赛 者：徐立文、卢天明、卢炜、袁兴亮、毛文超，指导教师：殷跃红作品内容简介 现在市面上销售的智能假肢大多非常昂贵，而且适应性和稳定性都不理 想。对于原本就肢体残疾且生活困难的残疾人，他们更需要一种简单易用价格便宜的 假肢。我们的作品就是定位于给这个特殊人群提供的廉价，且相对功能强大的假肢。 我们制作的是膝关节离断的下肢，主要包括大腿，膝盖，小腿。市面上被动的多轴假 肢已经非常成熟，且有相对标准化的零配件。所以

11、我们的作品即是在现有的成熟产品 基础上，添加电自锁及自动释放的功能。 主要创新点 膝关节我们采用四连杆机构，可以非常逼真的模仿出人体膝关节软组织的 运动轨迹，并且在运动角度最大的轴上安装电磁多片离合器，通过安装在小腿上的压 力传感器，控制其开启或闭合。当压力传感器感觉到人体重量时，离合器闭合，关节 锁死，无法继续弯曲，但通过轴上的单向轴承可以继续伸直。当压力传感器没有压力 时，离合器打开，关节放松，同时由一根弹簧使小腿抬起一个小角度，假肢可以完成 步行中的甩腿动作。这样可以最大程度的改善假肢行走时的不自然动作，使行走姿态 尽可能接近正常人。 推广应用价值 假肢的行走姿态最大限度地接近正常人运动

12、，对于残疾人辅助行走可谓 意义重大，市场前景看好。 6 全自动翻书机 参赛学校：海军工程大学 参 赛 者：苏杰、阎洪波、龙坤雄、侯文姝，指导教师：严承华、金传喜 作品内容简介 本产品主要为不方便用手翻书的残疾朋友设计。该翻书机由载书台、控 制箱组成。载书台由电磁式书夹和载书板构成。控制箱由吸纸装置、翻页装置（同步 带、同步带轮、翻书棒）、电动机和控制电路构成。控制电路以 AT89s52 单片机为核 心。工作原理：以顺序翻书为例，控制脚动开关或声控装置，则右边的书夹松开，吸 纸装置吸起书的一角，然后由同步带的传动带动翻书棒翻起一页纸，右边的书夹合上 。翻书棒将该页纸翻到左边时，左边的书夹打开再合

13、上，完成一次翻页，装置回到初 始位置准备下次翻页。反向翻书时，原理相同。本产品使用 220 伏交流电源即可。 主要创新点 （1）吸页装置是根据流体力学的“负压原理”，使用电脑散热风扇制作出来 的，效果非常好；（2）翻书棒的动作设计：使用同步带传动带动固定在同步带上的翻 书棒平动，翻页平稳，正反向传动比较可靠；（3）在书夹的设计上妙地将夹子的机械 部分和电磁铁结合在一起，只需通断电就可以控制书夹的开合，简单好用；（4）相对 于纯机械的翻书机，该设计采用单片机控制，实现了自动化、机电一体化。残疾朋友 只需用脚或者其他部位触动开关，即可完成翻书动作。 推广应用价值 第一、该作品可以实现自动翻不同大小

14、，不同厚度的书籍。能够很好地 满足双手残疾的人看书学习的需求。第二、该作品全部由简单的零部件组成，加工工 艺要求不高，且部分使用标准件，互换性好。第三，该设计成本低廉，厂家有一定的 利润空间。另外，该作品不仅可以供手臂残疾者使用，也可以供那些因某种原因不方 便用手的人使用，如因病暂时不方便用手的人。而且其原理可以推广到翻谱、复印等 产品里。因此该作品具有非常广阔的应用前景。 7 助残多功能手 参赛学校：华中科技大学 参 赛 者：马天阳、徐兴浪、蔡海洋、徐杰、肖峻峰，指导教师：吴昌林、赵轶 作品内容简介 作品是为下肢残疾坐轮椅者或是行动不便的老人设计的一种延长上肢从 而方便抓取的助残器具。能够实

15、现：拿取放置在不远处但是伸手又够不到的轻小物品 ，帮助穿鞋，帮助穿袜子，以及取衣服等功能。使用者单手握动手柄，通过高副操纵 类似钳子的夹持机构，抓取物体。作品中部的六杆机构实现机械手的伸缩，将拿取的物品移近使用者。夹持部分设计成特殊形状，以适应夹取不同大小物体的要求。在手 柄部分设置自锁装置，以保证在夹紧物体之后，物体不致因为操作失误而掉下。类似 晾衣叉的构形与夹持件的结合，可以不影响整个装置的结构下实现一个很实用的功能 。并且为实现穿鞋穿袜而专门设计了两个特别的构件。 主要创新点 突破常规思路，用简单的六杆机构实现大幅度的伸缩功能，使得这种延长 手臂的助残机械手更具实用性，更方便残疾人的使用

16、。安全周到的设计，多种功能的 整合，使本作品独具特色，处处体现着创新。 推广应用价值 本品极具推广应用价值。由于设计过程中切实考虑了实际应用中的很多 问题，从而使产品更加成熟，相比国外产品功能更加强大，真正填补了此类助残用品 的国内空白。 8 多功能自助护理机 参赛学校：西北工业大学 参 赛 者：孙万、赵加清、张 桥、应高明、刘旭海，指导教师：葛文杰 作品内容简介 本护理机主要针对上肢残疾者生活自理困难的问题而开发，可供残疾者 自助解决进餐，洗漱，阅读翻页等基本生活问题。本护理机由底盘，立柱与臂和手部 三部分组成。底盘为控制部分，可由双脚实现，动作简单，容易操作；立柱与臂部分 具有旋转，抬头低头，伸缩三个基本动作，依靠这三个动作可以实现基本的三维定位 功能，从而可以很好地模拟手臂的动作；手部采用分模块结构原理，在整体结构简单 的情况下实现多功能。目前已经分别设计了进餐模块，洗漱模块，阅读翻页模块，如 有需求可再添加新的模块。护理机主要采用电机驱动，操作过程简便，快捷，平稳， 准确。另外，本护理机折叠方便，节省了空间，便于携带。本护理机产品绿色节能， 结