机械创新设计实验课程考核报告

班    级：机械1106

姓    名：张雷雪              

学    号：20116476

         组内成员：张雷雪  曹雷

考核时间：20##年 5月 22日

一 课程内容

实验项目一 机器人本体实验

1 实验课程内容：熟悉AS-UII智能移动机器人的结构，学会AS-UII的连接和检测，并对其进行编程。了解与能力风暴机器人主板配合的AD-EIM系列的多功能扩展卡，学会多功能扩展卡的安装和接口流程图的编程。

2 机器人功能：机器人设有开关按钮、“电源”指示灯、“充电”指示灯、“充电口”、“下载口”、“复位/ASOS”按钮、“运行”键、“通信”指示灯。“下载口”用于将在电脑上编写好的程序下载到机器人内部存储器中，按击“运行”键就能按照指令行动。 

内设有5种传感器：（1）碰撞传感器用于机器人检测来自360°范围内物体的碰撞，使AS-UII机器人遭遇到来自不同方向的碰撞后能够转弯避开并保持正常活动；（2）红外传感器包含红外发射管和红外接收管，由红外发射管发出红外线后遇到障碍反射回来，红外接收管接收到被反射回来的红外线后，通过A/D转换送入CPU进行处理，使机器人能“看到”可视范围的障碍物，而做出相应的动作；（3）光敏传感器用于机器人探测光线；（4）话筒用于机器人感受16Hz—20000Hz的机械波而做出相应的动作；（5）光电编码器用于机器人内部信息的控制反馈。 

还设有扬声器、LCD、主动轮及其驱动机构、从动轮、直流电机5种执行部分，用于执行程序所发出的指令。

3 编程方法：图形化交互式C语言（简称VJC）是用于AD-UII的专用开发系统。VJC1.6开发版是由图形化编程界面和JC代码编程界面组成。图形化编程界面由菜单栏、工具栏、模块库（包括执行器、传感器、控制、程序模块库）、垃圾箱、流程图生成区、JC代码显示区组成。JC代码编程界面由菜单栏、工具栏、编辑窗口、JC信息窗口组成。 

用流程图方式编写简单、效率高，可直接从模块库中调用模块。模块的新增、连接、插入、移动、复制、删除为模块的基本操作。VJC的模块由执行器模块、传感器模块、控制模块、程序模块、AS多功能扩展卡模块、通讯模块、伺服电机驱动卡、输入输出模块和计数器模块组成。运用这些模块可完成编程实现预想达到的目的。

4 实验图片：

5 遇到的问题及解决方法：当机器人碰到物体时不会自动转向。解决办法：在编程是设置红外感应，当碰到物体时自己换向。机器人开不开机，经检查后发现是电量是空的，然后就找到充电器为机器人充电，编写程序时，感觉到对软件的不熟悉，有些功能不能实现，这样只有多用该软件进行实践才能更好的对软件运用自如。

实验项目二 自动导向车实验

1 模型描述（构思、设计、组装、调试）：自动导向车需要有驱动部件、检测部件。将驱动部件和检测部件组合起来就能构成自动导向车。以此思路，驱动部件由电动机、从动轮和主动轮、齿轮组成。检测部件由传感器、导线组成。因此，构思出了导向车的大体模型，再根据所提供的材料，拼接出小车的骨架，从零件到组件再到部件，进行组装。在电脑上编写好程序，下载到AS-UII机器人内部存储器中，将电动机接到机器人的多功能扩展卡上，实现电机的驱动

2 模型主要组成零件及数量：电机2个 ；6个减速齿轮；4个减速齿轮；2个带轴换向齿轮；2个光敏传感器；10个立方体；1个短立方体；28个连接环；1个孔槽；1个短孔槽；2个轮轴；2个轮胎；1个两轮组合体；2根连接电线。

3 实验图片：

 

4 小组成员分工：我上面传动部分，另一个同学负责组装导向车的底板。

(1) 本人承担的工作：找模块部件；组装个部分；整合各个部分；编程调试。

(2) 其他成员(如果有) ：曹雷

5 模型创新性描述：连个换向齿轮实现了动力的换向传动；由两个电机驱动实现了换向。

6 本人遇到的问题及解决方法：右边后轮无法转动，挨个检查齿轮，找到坏掉齿轮，换掉后正常了。

实验项目三 自动车床实验

1 模型描述（构思、设计、组装、调试）：车床由底座、主轴箱、溜板箱、尾座、导轨、电动机等部件组成。由真正车床的主要部件可设计模型，以一定的模型来代替真正部件，以各个部件组成的思路设计模型。以从下往上、从左至右的思路进行组装。先设计底座，然后再在底座的基础上安装导轨、溜板箱、主轴箱、尾座。组装好了车床之后，在电脑上编写好程序，下载到AS-UII机器人内部存储器中，将电动机接到机器人的多功能扩展卡上，实现电机的驱动。

2 模型主要组成零件及数量：底座：1:1齿轮1个、方块24个、螺纹副1个、滑轨2个； 溜板箱：方块8个、滑轨3个、长块5个； 

主轴箱：电动机1个、方块4个、1:1齿轮2个、5:1齿轮2个、圆筒1个。

3 实验图片：

4 小组成员分工：我负责负责车床的传动与刀具的位置安装，最终将两部分组装起来。

，另一位同学底板的整体构架

(1) 本人承担的工作：组装底座，溜板箱；完成以后调试。

(2) 其他成员(如果有) ：曹雷负责组装主轴箱；编程。

5 模型创新性描述：由真正车床的主要部件可设计模型，以一定的模型来代替真正部件，以各个部件组成的思路设计模型。

6 本人遇到的问题及解决方法：在调试时丝杠带着溜板箱移动一段距离后无法移动了，观察后发现是丝杠滑丝，更换丝杠后正常。

实验项目四 数控加工中心实验

1 模型描述（构思、设计、组装、调试）：数控加工中心由底座、X方向进给机构、Y方向进给机构、Z方向进给机构、主轴箱、导轨、工作台、伺服电动机等部件组成。由真正的数控加工中心的主要部件可设计模型，以模型来代替真正部件，以各个部件组成的思路设计模型。以从下往上、从左至右的思路进行组装。先设计底座，然后再在底座的基础上安装导轨、X方向进给机构、Y方向进给机构、Z方向进给机构。组装好了数控加工中心之后，在电脑上编写好程序，下载到AS-UII机器人内部存储器中，将电动机接到机器人的多功能扩展卡上，实现电机的驱动，可实现数控加工中心的三轴联动。

2 模型主要组成零件及数量：

底座：大底板3个、短柱8个； 

X方向进给机构：方块40个、电动机1个、滑轨5个、螺纹副1个、5:1齿轮1个； 

Y方向进给机构：方块40个、电动机1个、滑轨5个、螺纹副1个、5:1齿轮1个； 

Z方向进给机构：方块40个、电动机1个、滑轨5个、大滑轨1个、螺纹副1个； 

工作台：小底板1个。

3 实验图片：

4 小组成员分工：我负责底板的组装，另一位同学负责上面部分的组装，最终将两部分连接起来。

 (1) 本人承担的工作：X方向进给机构；Z方向进给机构；编程。

(2) 其他成员(如果有) ：Y方向进给机构；底座；组装；调试。

5 模型创新性描述：形象的表现出了真实数控加工中心的运动和整体布局，能清楚的表达加工中心的主要功能，并实现了数控加工中心的三轴联动。

6 本人遇到的问题及解决方法：x方向有时会无法移动。解决办法：换了一根丝杆。

实验项目五 机械手臂

1 模型描述（构思、设计、组装、调试）：机械手臂由底座、沿Z轴旋转机构、沿X轴旋转机构、沿Y轴旋转机构、爪手机构、电动机等部件组成。以各个部件组成的思路设计模型。以从下往上、从左至右的思路进行组装。先设计底座，然后再在底座的基础上安装沿Z轴旋转机构、沿X轴旋转机构、沿Y轴旋转机构、爪手机构。组装好了机械手臂之后，在电脑上编写好程序，下载到AS-UII机器人内部存储器中，将电动机接到机器人的多功能扩展卡上，实现电机的驱动，可实现机械手臂的运动。

2 模型主要组成零件及数量：底座：大底板1个； 

沿Z轴旋转机构：内啮合齿轮1个、小齿轮1个、1:1齿轮2个、5:1齿轮1个、方块4个、电动机1个； 

沿X轴旋转机构：内啮合齿轮4个、小齿轮1个、大齿轮2对、1:1齿轮2个、5:1齿轮1个、方块4个、电动机1个； 

沿Y轴旋转机构：内啮合齿轮1个、小齿轮1个、大齿轮2对、1:1齿轮2个、5:1齿轮3个、方块8个、小板4个、电动机1个。

3 实验图片：

4 小组成员分工：我负责底板的组装，另一位同学负责上面部分的组装，最终将两部分连接起来。

(1) 本人承担的工作：Z轴旋转机构；X轴旋转机构；

(2) 其他成员(如果有) ：Y轴旋转机构；编程；调试。

5 模型创新性描述：该模型可实现机械手臂任意角度的抓举，并且能控制手臂旋转时的速度，也为真实的机械手臂的设计和制作提供了一定的思路。

6 本人遇到的问题及解决方法：重心偏高机器不稳定。解决办法：底座多加几个固定支座。

二 课程考核

1 模型名称：全自动车床

2 模型功能：实现了车床与机械手臂的完美结合，能够自动车床能够将零件加工完成后能够通过机械手臂运往下一道工序，实现了生产的自动化。

3 模型照片：

 

4 模型的创新点：(简述完成模型的创新点)

（1）、改变了传统车床不能够自动卸载零件的缺点，创新性地采用了机械手臂的让零件自动进入下一道工序。

（2）、全自动的生产模式减轻了劳动力，节约了成本。

（3）、手臂可以360度旋转，实现了全方位抓放零件。

5 模型的组成部件名称及数量：

底座：1:1齿轮1个、方块24个、螺纹副1个、滑轨2个； 溜板箱：方块8个、滑轨3个、长块5个； 

主轴箱：电动机1个、方块4个、1:1齿轮2个、5:1齿轮2个、圆筒1个

沿Z轴旋转机构：内啮合齿轮1个、小齿轮1个、1:1齿轮2个、5:1齿轮1个、方块4个、电动机1个； 

沿X轴旋转机构：内啮合齿轮4个、小齿轮1个、大齿轮2对、1:1齿轮2个、5:1齿轮1个、方块4个、电动机1个； 

沿Y轴旋转机构：内啮合齿轮1个、小齿轮1个、大齿轮2对、1:1齿轮2个、5:1齿轮3个、方块8个、小板4个、电动机1个

6 模型未实现的功能：只能够实现部分的自动化，不能够实现整条生产链的全自动。

7 小组成员及分工情况

(1) 小组成员名单  ：张雷雪  曹雷

(2) 本人：转盘以上部分的组装搭建，调试

(3) 其他成员：转盘以下部分的组装搭建，程序

8 作者承担工作情况

(1)完成的工作在模型起的作用：作为车床工作的执行部分，提升重物的起重臂；调试模型功能，找出故障。

(2)完成的工作使用的元器件名称及数量：

电机1个，孔接键18个，cube立方体35个，高cube立方体2个，

5：1减速齿轮6个，丝杆1个，Cube连接键28个，连接线1根，孔槽2个，

方轴4根；

(3)完成工作过程中遇到的问题及解决方法：

1零件不足2由于零件使用时间较久，有些动力传动件（例如锥齿轮、减速器等等）不能正常使用，导致模型做好后动力传动不能良好地实现。

解决方法：1到其他实验桌上找自己需要的零件，2希望学校尽快换新零件。

(4)本部分工作未实现的功能：（如果有的话） 无。

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 报告内容需包含上以下各内容点，务删减；本报告每位同学打印一份，以组为单位装订，于课程结束一周内交回

 

第二篇：《机械创新设计方法》结课报告

 

《机械创新设计方法》结课报告

   

 设计题目：     自动晾衣架结构方案对比                           

           

学生姓名：     刘露       

           学    号：  083004010119 

班    级：  机械0801班  

任课教师：邹  琳

  20## 年     月     日

一．拟定设计任务书（设计原由，设计技术条件，设计内容，设计对象说明）

设计原由：随着生活水平的不断提高，人们对生活质量要求也越来越高。晾衣架作为家居用品，已经成为人们生活中不可或缺的必需品。晾衣架不仅仅是一个装饰品，更是一个功能性产品。由于以前的固定式晾衣架结构过大，外形不美观，而且晾晒衣物的时候十分不方便，因此，随着自动晾衣架的逐步发展与成熟，它已经成为一个市场上竞争激烈的行业产品，生活中的好帮手。

设计技术条件：1、承重能力：晾衣杆是晾衣架的主要组成部分，厚度是承重的保证。

2、振动噪声：手摇器是晾衣架的核心部分，要保证摇动时操作方便，无噪声。

3、材料使用：由于晾衣架长期在户外使用，钢丝绳必须防锈并且柔软，同时滑轮也要保证防滑、耐磨且转向灵活。

4、使用寿命：自动晾衣架安装起来并不是很方便，且使用时间长顶座容易卡住，因此顶座的材料和性能直接影响着晾衣架的使用寿命。

5、工艺性：在产品零部件间的磨合是体现工艺性好坏的一个重要参数，实现工艺的合理性十分重要。

6舒适性：晾衣架一般安装在阳台上，因此不仅要考虑外形的和谐与稳定性，更要解决在操作过程中的人对产品的适应性，手摇时是否无需花费大力气。

设计内容：自动晾衣架一般是安装在阳台上，我设计的晾衣架由一个手摇器，两个定滑轮牵引着钢丝绳，带动晾衣杆的升降，手摇器内部的弹簧收缩或膨胀可以让晾衣架自锁，有良好的定位。

设计对象说明：自动晾衣架是由晾衣杆、手摇器、钢丝绳、转角器、顶座、衣架几部分组成，手摇器是晾衣架的核心部分，相当于汽车的发动机。在晾晒衣物过程中，可先将晾杆降到方便晾晒的位置，再将其升到一定高度，升降的时候无需花费很大的力气。晾衣架轻巧环保，也不会占过多空间，既美观又实用，且操作起来很方便。

二．功能原理与工作原理分析

自动晾衣架通过固定在墙上的控制盒的手摇器运转，牵引钢丝绳通过转角器、顶座带动晾杆，使其可以自动上升或下降，可以让晾杆在任意高度位置实现自锁功能，达到轻松晾晒衣物的目的。因其具备升降功能，大大方便了晾晒过程。

三．国内外同类产品现状

衣架是由一个名叫艾伯特·帕克豪斯的工人发明的。当时他是美国密执安州的一家金属丝及小手工制品公司制作灯罩的铁匠，一天他生气地发现工厂衣帽间的挂衣钩已被全部占用，他气冲冲的拿出一段铅丝，弯成大衣肩部的形状并在上面加了钩子。这个发明被他老板据为己有并取得专利.这便是衣架的起源。晾衣架是我国较早出现的一种家具，周朝开始实行礼制，贵族阶层对衣冠十分重视，为了适应这种需要，较早就出现了专门用来悬挂衣物的架子。各个朝代的衣架形式各有不同，名称也有所不同。晾衣架从选材、设计、雕刻制作，在明代的时期都达到了很高的艺术水平。明清衣架造型典雅，装饰精美，雕刻细致。清代衣架高大，立柱上设有横杆，清代衣架又俗称“朝服架”，主要挂置男用官服所用，可以看到，早期的封建社会，做工精细、用料讲究的晾衣架只是上层权贵阶层的奢侈家庭用品，而普通的老百姓是享受不到的，他们只能就地取材，竹竿或木棍做晾杆，再加上一个自制的支架，就成了“平民晾衣架”，而且这个晾衣的传统竟然沿用了几千年，直到现在中国不少的农村地区仍在使用这种最朴实、最简单的晾衣方式。晾衣架是中国一大特色产品，上世纪八十年代末发源于中国，该行业从形成到现在，已经有十余年的时间。晾衣架做为建材类五金产品，随着人民生活水平的提高，也成为了家庭装修中消费者必须考虑购买的家居用品。目前，晾衣架产品的市场消费观念正在发生变化，人们晾晒衣服和生活用品的习惯从最早的原始的固定晾杆，到手拉升降衣架，再到自动晾衣架和最新的数码遥控晾衣架，短短的10年时间内，产品已经发生了翻天覆地的变化。从消费需求看，人们的消费观念也开始向品牌化、高档化、简易化的理性方向迈进。体验试营销手段正悄然进入晾衣架市场。消费者对产品的需求，也从简单的使用需求，上升到对产品的整体设计、功能、色彩、服务等多方面的整合需求。从产品技术看，现代晾衣架晾杆的材质和表面工艺处理也在不断地提高，材质用料上也从铁质到不锈钢，再发展到铝合金及目前采用的最新航空材料——铝钛合金，不断地推进发展。在表面喷涂工艺上，金诺·卡迪---走进白宫的晾衣架的高精阳极氧化喷砂及电泳喷涂技术，率先在行业内使用轿车级的表面喷涂工艺，使晾衣架晾杆的表面处理工艺达到了一个更新的高度。国内现在排在前十位的晾衣架分别是：好太太（98年创办于广州番禹）、恋伊（95创办于广州）、牵手(央视上榜名牌，创办于郑州)、恋晴（83年创办于佛山南海）、红杏（95年创办于武汉，是湖北市场第一大品牌）、金朝阳、天依（创办于常州，晾衣架行业中的佼佼者）、阿里斯顿、向日葵（杭州双建晾衣架有限公司）、奥卡妮尔（创办于北京，奥卡妮尔有限公司）。韩国伊拿得自动晾衣架。好太太晾衣架之所以能够稳居全国第一的位置正是因为它的产品结构独特、品质优良、策划宣传都很到位，品牌形象也十分突出，产品销售全国并出口东南亚、欧美等地。另外，金诺·卡迪数码遥控晾衣架的主机采用先进的超短型晾衣机专用的交流管状电机，具有过电流、过电压、过热保护，延长晾衣架机芯的使用寿命，使用寿命长达10年以上，超短型的电机也方便拆卸和更换。同时它的晾衣机具有独特的过载、遇障碍物自动停止的保护功能，是目前市面上的晾衣架保护功能最齐全的晾衣机。钢丝绳则采用的是市面上刚性好、强度大、耐磨的304#不锈钢，保证了升降的稳定性，采用的集中型卷线器可以使晾衣架在使用时钢丝绳整齐有序，碰到障碍物时自动停机，大大降低出故障的几率。目前晾衣架的性能已经普遍得到消费者的认可，作为消费者来说，除了它本身的实用性很强大以外，同时也是一个装饰性产品，满足了心理上的需求。同时消费者选择品牌晾衣架关键是货真价实。而作为生产商来说，结构、用料、做工则是商品不可或缺的重要组成部分。另外一方面，晾衣架的长度，在运输和消费者的携带方面是一个问题。如果改成伸缩式的，那在承重方面就会大打折扣；电动手摇器虽然无需费力，但是电动的东西会因为操作不当或是使用时间过长，给维修也带来不便之处。现在的升降晾衣架占据市场的主导位置，各商家在晾衣杆的表面处理上，做工上，厚度上，修饰点缀上可谓是百花齐放，这些也是各大厂家的竟争心思，同时将自动晾衣架这个产品的技术推向一个新的高度。

四．机构方案评价

五．三种方案的机构（结构）构型（要求绘制机构运动简图或示意图；）    

单杆升降机构                             

双杆升降机构

伸缩机构

六．确定最佳方案并阐述所选方案功能及工作原理

通过机构方案评价可知，综合各方面的性能参数指标，确定方案一的单杆升降自动晾衣架机构是最佳方案。该方案能够实现晾衣杆自由升降从而达到轻松晾晒衣物的过程。它的工作原理较为简单，其中晾衣架的手摇器是核心部件，相当于动力源。晾衣架通过固定在墙上的控制盒上的手摇器，牵引钢丝绳通过两个滑轮、一个顶座和一个转角器带动晾衣杆的升降，可在任意位置实现自锁。

七．结构设计（另附图纸）(包括所承担工作所起的作用； 3D建模的零件名称，数量，将相应的图剪贴在实验报告中；完成工作所遇到的问题及解决方法)

八．本项设计的创新点

   我所设计的升降晾衣架虽然不是很巧妙，但是工作原理简单，结构也比较清晰，主要核心部分就是控制盒的设计以及晾衣架的安装，通过固定两个定滑轮在天花板上，转角器牵引钢丝绳的上下移动，实现准确的定位，可以承载较大的力,也比较耐磨。方便操作，安装拆卸也比较容易，外形大方不占空间，既经济又实用，一般的家庭都能够购买并且使用。

九．本项设计的应用和发展前景

从市场的发展趋势来看,晾衣架已经成为中国一种特色产品,从开创至今技术不断改进和变革,行业质量已经逐渐稳定下来。人们生活中的衣食住行，衣占第一位，自然离不开晾晒衣物的工具，因此，晾衣架已 经扮演了一个重要角色。随着人们消费水平的不断提高，以及人们追求产品的新颖和便捷，相信自动晾衣架能越来越普及在大众家庭之中。虽然目前的晾衣架还不够完美，在市场的推广上才开开发芽，但晾衣架的发展是必然的，一个新产品是需要慢慢成熟的，慢慢来替代旧产品，想信在不久的将来，随着晾衣架的不断完善，升降晾衣架会出现在我们千千万万人的身边。

十．完成此次《机械创新设计方法》结课报告的收获和体会

   学完一个学期的机械创新课程，我收获很多。在做此次创新设计报告之前，我们也做过类似的实验报告。不同的是上次主要是建模，而这次则重点在于机构方案之间的比较。真正的创新设计远不止如此，这是一个长期的过程，从前期准备到结构的雏形到最后成品成型，是考验一个人的耐心和能力的体现。虽然我所设计的机构并不是很先进，只是在已有的现产品基础上进行了一些改进，但是结构较简单，原理也较清楚。机械创新设计是需要花费长时间的努力去学习和研究的研究性学习的过程是从问题到课题，从从理论到实践。这次的创新设计就是给了我们一个很好的学习机会，在创新过程中，要懂得如何运用已有的知识对机构进行改变，加强某些方面的性能。因此在平时学习中要多多积累，多学多问，善于观察生活中的事物，将思考的东西及时记录下来，并进行总结，这样就会产生不同的想法，敢于独立思考，创新思维能力才能得到发挥和释放。我深知自己的学习能力还需要很大程度的提高，相信在老师的指导，同学间的相互交流，在以后的学习和工作中，一定能够有所发现和突破。