编号：20##-S41

机电工程学院大二年度

基于项目学习的机械创新设计大赛

结题报告书

项目名称：  多功能收作业机器人                                    

项目负责人：              学号：         

联系电话：  电子邮箱：

院系及专业：  机电学院工业工程专业                

指导教师：      职称：        

联系电话：  电子邮箱：

院系及专业：机电学院机械电子工程专业        

哈尔滨工业大学机电工程学院制表

填表日期： 20##年10月26日

项目名称：多功能收作业机器人      

一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序）

二、指导教师意见：

三、院评审委员会意见：

四、项目研究结题报告

1、课题背景

第六届全国大学生机械创新设计大赛的主题为“幻·梦课堂”，内容为“教室用设备和教具的设计与制作”。我们根据对日常课堂教学和学习情况的观察，和对未来若干年以后课堂教学环境和状态的设想，鉴于平常老师收取作业工作量大，以及考试收发试卷时监考教师注意力难以集中（在收发试卷的同时，需要监控考场秩序）的问题，设计制作了多功能收作业机器人（以下简称收作业机器人），实现收取作业或试卷和清点数目两大基本功能。其中收取物品并搬运的功能是现代生产技术中的重要组成部分，被应用于生产生活中的各个领域。清点数目功能参照光电开关计数的工作原理，在现实生活中也已得到广泛应用。本项目便是将这两部分巧妙组合起来，以实现自动收取作业、试卷及清点数目的功能，最终达到减轻教师工作量的目的。

2、课题研究内容与方法

1.市场调研与产品用途

  在平时上课过程中我们发现老师收取作业工作量大，以及考试收发试卷时监考教师注意力难以集中（在收发试卷的同时，需要监控考场秩序）的问题，为解决这一问题设计制作了多功能收作业机器人（以下简称机器人），实现收取作业或试卷和清点数目两大基本功能。相信该机器人的出现定能成为未来智能教室的一大亮点。该机器人的使用范围为教室、实验室等课堂教学环境。

2.产品设计方案

(1)功能设计

机器人功能设计思路框图如下：

   

 

  

概述：运动部分：通过单片机设计程序，利用光电开关可以实现让小车巡线运动及在固定位置停下的功能。计数部分：投放作业时，作业遮挡光电开关，光电开关对其作出反应，实现计数的功能。两种功能相组合最终实现收作业机器人巡线运动和计数的综合功能。

电路设计原理图如下：

电源模块：由于小车电机使用8.2V供电，其他模块都在5V电压下工作，所以整个系统采用一块8.2V电池供电。将8.2V电压经过LM2940稳压后得到5V电压。模块中电容用于滤波，排针接口用于方便临时添加的需要和便于用万用表检查BUG。

传感器模块：首先由红外发光管发射红外光照射地面，红外接收管根据地面吸收红外光的程度而体现出不同的阻值，从而获取地面黑线信息。得到的模拟信号经过LM393比较器做二值化处理，其比较电压阀值由从电位器得到的电压设置和调节（比如传感器返回电压3.3V大于比较器比较电压2.5V则比较器输出其供电电压5V，反之则输出0V）。

电机驱动模块：外部由单片机送过来的信号IN1、IN2（PWM信号）控制电机A 的方向和转速，同理IN3、IN4控制电机B。后端续流二极管1N5819用于防止电机反向电动势对芯片造成破坏。

单片机模块：作为中心控制器，用11.0592MHz晶振提供时钟频率，通过I/O口P0口检测测传感器数值，记录所收作业份数，并提供两个电机的控制PWM信号，以此控制机器人的行走。

(2)结构设计

  ①底盘部分：三轮车，其中二轮驱动，另外一个为万向轮，可以有效的实现收作业机器人寻线行走及定位的功能，其中在底盘上安装红外线传感器，同时电路板上装载程序，红外线传感器接收地面光强信息并将其反馈给单片机，单片机按预定程序输出高低电压，控制电机转动，实现收作业机器人巡线行走以及在固定位置停下等功能。等待学生将作业投放到箱子中。

  ②箱体部分：箱体部分与邮筒的结构相似，可以将作业本平稳的放入，箱体外部投放口处安装一个平台，方便试卷的投放。因为箱体尺寸大小适当所以作业本在滑下后会整齐的落在架上。箱体结构设有门体结构，老师可以在收作业机器人收完作业后，打开箱子的门，从箱体结构中取出作业。投掷作业的箱体口同时有感光装置，实现计数的功能。

3、实物制作

  机器人制作所需的零件由两部分组成：一类是自己加工的零件，另一类是按规格购买的零件各零件明细如图所示：

4、实物组装、调试

(1)机器人组装

机器人设计模型如图：

小车底部有三个车轮：前方两个为驱动轮，后方一个为万向轮，车轮由联轴器连接在底板上。4块2mm亚克力板用强力胶粘连在方铝支架上并固定于底板上。在360*400(mm)板上开出一个开口用于投放试卷。在其中一个310*400(mm)侧板上安装显示屏和开关。将另一个310*400(mm)用合页连接在方铝框架上做成一个可开关的门。将各控制电路板、电源置于底板上并在上方用360*310(mm)亚克力板将其与盛放试卷的空间分开。

(2)机器人调试

机器人要实现巡线行走、定点定位和准确计数的功能。故测试机器人定位精度和计数准确度。

①定位精度

多次试验测量机器人在指定位置定位的偏差，实际测量结果如图:

从实验结果可见机器人定位误差均小于10mm，对于实际需求来说基本上没有影响。故小车定位精度满足使用要求。

②计数准确度

向箱体内投放试卷验证显示屏显示数目与实际数目是否一致。实测数据如图：

从实验结果我们可以看出机器人计数功能准确。

3、研究结果

图1

 

                      图2                               图3

 图1为小车车门部分；图2为小车计数显示屏以及开关；图3为小车投放试卷的投放口。

参数指标：

    4、创新点

    收作业机器人利用巡线技术可以实现指定轨道运动，并准确定位的功能。同时实现收取作业并整理整齐，以及精确清点数目并显示等综合功能。

5、结束语

从本次创新创业活动开题至今，我们从中受益良多，总结起来有以下几点：

（1）小组成员要默契合作，发挥大家的想象力和创造力。机器人的功能之一便是计数功能。我们最开始的设计思路是将作业收取到一个平台上，再通过分离才能实现计数。然而由于作业纸张比较软而且很薄，所以要想实现分离其实是比较困难的。后来经过我们小组的共同讨论，我们发现仿照邮箱的设计来实现这一功能。取得了满意的结果。

（2）设计方案时要整体设计，考虑周全。我们最开始只是加工了整块的亚克力板，并没有为安装车轮、布线等打孔，导致后期多次去加工室加工，耽误的大量时间。

（3）项目进展要按计划进行，合理控制时间。此次科创项目我们的实际进度与原计划相差很大，基本上都是在项目结题后期完成的，导致最后时间非常紧张，很多地方都做的不是很完美。这让我们意识到了项目按计划进行的重要性。

6、参考文献

[1]刘莹，艾红主编.创新设计恩维与技法. 机械工业出版社，2004.

[2]柏林主编.设计的构思与想象.湖北工学院，2004.

[3](美)斯克莱特，(美)奇罗尼斯主编.机械设计实用机构与装置图册. 机械工业出版社，2007.

    7、项目经费使用

 

第二篇：哈工大大一科创三人可折叠自行车结题报告

编号：

哈尔滨工业大学

大一年度项目结题报告

项目名称：            三人可折叠自行车                              

哈尔滨工业大学基础学部制表

填表日期：  2013年 6 月 9日

一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）

二、指导教师意见

三、项目专家组意见

四、项目成果

五、项目研究结题报告

三人可折叠自行车结题报告

一、课题背景

    随着现代工业的迅猛发展，汽车越来越成为人们出行的交通工具，但随之而来的却是环境的破坏，汽车在方便出行的同时，也严重的污染着空气。所以现如今，我们提出了“绿色环保，健康出行”的理念，而自行车这一代步工具正符合此要求。自行车不仅可以减少环境污染，而且可以达到锻炼身体的目的。

可是现有的自行车已不能满足人们出行的多种需要，人们对传统自行车已经没有新鲜感：老式自行车形式单一，不能满足人们各种出行用途。因此，为了在保护环境的同时能够增强人民体质，我小组提出方案，设计能吸引出行者眼球的新型自行车，让更多的出行者主动选择自行车，另外我小组也注重方便出行者生活，采取此三人可折叠环保自行车的设计方案，方便三人之家郊游、野餐、购物等需求。

三人可折叠环保自行车，既可以满足三口之家的出行需求，又富有新鲜感，不仅能吸引出行者眼球，又能达到环保目的，在未来生活中有很大应用前景。

以前的自行车功能单一，外形也大都相同，为满足人们的多种需求，我们研究设计了新型的可折叠多功能自行车。主要利用轴承技术与伸缩技术实现车体的折叠与单人车和多人车之间的转变。

二、课题研究内容与方法

    1.概述：利用钢管内收缩和轴承技术实现车体的缩短与折叠，实现单人自行车与多人自行车的转变以及拉运货物的功能,在出行的同时方便携带各种用品，更加方便出行者的生活。

采用人体学原理与减震技术，增加舒适度。该自行车可能多用于三口之家，这样舒适的设计更能增强出行的和谐感。

使用链条传动技术达到省力和提高车速之目的，这样的设计更加符合人性化的要求。

2.具体：（1）本设计根据齿轮链条传动的力学原理，在自行车中轴链盘和飞轮之间的后叉支架部位增设两个中间连体齿轮，这样的设计可以提高飞轮直径，通过链条形成新的齿轮链条传动结构，达到省力的目的，与此同时更能提高车速，达到消费者的要求。

（2）]自行车的座子上都装有靠背，可以使骑行者在劳累之时停下休息，增强了舒适感与可用性，更加方便了出行。另外座子采用较为柔软的材料，这样可以使人们可以保持长时间骑行状态而不会感到疼痛，使出行者有舒适的感觉。另外在每一个座位那里都设有把手(只有中间车轮的负责转弯与刹车），这样就增强了安全性，即使是孩子也能安全的出行。

（3）通过自行车轴承的转动（轴承分别设置在中间座位与两侧座位的连接杆的末端共四个）实现自行车的折叠，通过钢管的收缩（中间座位与两侧座位的连杆上<2个>，两侧作为的连杆上<1个>),可以将自行车的宽度与长度大幅度缩短），这样的设计可以达到节约空间的目的。

(4)由于前端的作为两侧的钢管长度恰好为后侧两个座位之间距离的一半，所以可以通过折叠与后面连杆的收缩使后面的连个座位恰好合并为一个大的座位，这样的设计能够实现由三人自行车向普通单人自行车的转变，而这也是这款自行车的最大亮点，能体现出该种自行车的优越性，在面向市场的过程中这种优势会展现出来，不仅方便了人们生活，也为出行者带来了新鲜感，满足消费者的新鲜感，提升他们绿色出行的兴趣。

三、研究结果

在立项的进行过程中，我们紧紧围绕着多功能与新颖这两个词不断的进行着测试与改良，而虽然在这途中遇到了这样或那样的挫折与困难，最后也是在汗水与喜悦中完成了科创。

经过这次科创，我们不仅仅学习使用了许多的软件，还在这期间完成了若干张手绘图，一些CAD图纸以及Inventor的自行车绘制图，除此之外，我们还制作了一个三分钟的视屏来展现我们的自行车的功能与结构特点。

                            四、创新点

我小组设计的创新点在于摆脱了传统自行车的整体形状，设计与传统的多人自行车不同的新型三人自行车。在形状改造的同时还融入了折叠元素，达到了多功能的效果，能够做到吸引消费者眼球，让人们对骑自行车出行更具有新鲜感。另外我小组设计的自行车针对三口之家，为一家人的出行提供方便，比传统自行车更具有亲切感。转轴的转动，杠杆的收缩以及后座的合并行之有效的减小了自行车所占的体积；结实的连杆以及稳定的三角结构更是大幅的加强了自行车的稳定性；舒服的靠垫，靠背上的插伞更是使人们的出行更加的方便与轻松。

五、 结束语

    自行车作为一种环保的出行工具在现代社会有广泛的发展前景，因为它不仅能有效的减少环境的污染，而且能够在出行的同时达到锻炼身体的目的。我小组设计的三人可折叠自行车，在保留传统自行车优点的同时又融入了许多创新点。“三口之家”的主题让我们的设计更加具有人文色彩，让消费者更能体会到设计的亲切感，可折叠的特点使出行更加的方便。我小组设计的独特形状的自行车能够给消费者以新鲜感。   

   

六、参考文献

[1]刘莹, 艾红 《创新设汁恩维与技法》[M] 北京 北京机械工业出版社 2004

[2]柏林 《设计的构思与想像》 [J] 包装工程，2004，25（3）125-126

[3]姜英波 《钢结构用涂料》 （书籍《腐蚀与防护》）2-6 ，1985，6，1988 （哈建大图书馆）

[4]易新乾 《认真消除机械变形的危害》 1-12 1979，哈建工图书馆 52-54页

[5]编委会   《最新自行车开发设计与加工制造新工艺新技术实用手册 》 20##-5

[6]蔡礼君 《自行车保险叉设计探讨》 《机械制造》 1985年 03 期