第二届机械创新设计大赛获奖作品一等奖简介

第一篇：第二届机械创新设计大赛获奖作品一等奖简介

第二届机械创新设计获奖作品简介

第一组

助残机械——轮椅类（19项）省力变速双向驱动残疾人车用驱动机构 2 单手驱动残疾人车 3 多功能人性化轮椅 4 多功能自助轮椅减摆助残车 多功能电动轮椅 7 自由轮椅 自动爬楼梯轮椅 可升降伸展式新型电动轮椅 10 防侧翻轮椅 星轮行星轮转换式可爬楼轮椅 12 多功能助残自动轮椅可上下台阶式轮椅三杆开链式轮椅 半自动爬楼梯轮椅阶梯平地两用电动轮椅可升降省力便携式轮椅实用上楼梯轮椅多功能健身轮椅 多功能自助轮椅 参赛学校：西北工业大学

参赛者：张君、张保、王开明、赵洪庆，指导教师：葛文杰、刘光磊 作品内容简介

轮椅，作为下肢残残疾人的代步工具，其完善的功能是十分重要的。经市场调查，发现现有普通轮椅还存在一些缺陷，并不能很好的解决残疾人急需解决的棘手问题，主要为：轮椅上的如厕自理，爬坡驻坡以及前轮的越障能力低等问题。针对上述问题，我们在现有轮椅的基础上设计一种多功能自助轮椅，使残疾人能在无人照看的情况下方便的自理如厕，爬坡时能驻坡，方便残疾人倒手，同时提高了针对小台阶等的越障能力。主要创新点

（1）采用曲柄连杆机构实现自理如厕功能，灵活简单,使用者只需往后躺下即可，同时躺下可方便脱去裤子，操作方便，而且符合人机工程学。（2）驻坡功能的实现是对棘轮的简单应用，上坡时使大轮具备单向旋转能力，可靠性好，上坡时便于残疾人倒手。（3）在前轮加一小轮便可以大大提高其越障（如小台阶等）能力。推广应用价值

本轮椅适用于各年龄段的残疾人，功能实用，操作简单方便，对残疾人独立处理自己生活事务有很大的帮助，而且成本低廉，符合一般家庭的购买能力，所以会有很大的推广价值。

多功能电动轮椅 参赛学校：哈尔滨工业大学

参赛者：杨会生、王金昌、陈奇、蔡

一、梁辉，指导教师：焦映厚、高海波 作品内容简介

在综合考虑了现行行业标准《城市道路和建筑物无障碍设计规范》和爬楼轮椅标准的前提下，我们采用了对楼梯适应性能好，且无损伤的行星轮结构，将多星轮机构改为双星轮机构并采用单轴支撑，平地可实现前进、后退、任意半径转弯。上楼时主驱动电机与光电码盘组成半闭环速度负反馈系统，控制行星轮的翻转速度，使整个上楼及下楼过程匀速、低速进行，可减小甚至消除冲击，通过测倾仪的反馈信号控制轮椅上楼、下楼和原地静止，使乘坐者在上下楼时可实时、任意地控制轮椅运动状态。差动装臵可以平均分配两行星爬楼轮上所受转矩，与主驱动电机配合可实现单轮越障（包括垂直障碍如马路牙子）、四轮调整自适应凹凸不平的地面的功能。姿态调整电机与测倾仪构成位臵闭环负反馈系统，可以调整座椅姿态，控制整个轮椅的重心位臵起到安全保护的作用，同时也可以满足不同人的舒适度要求。主要创新点

（1）车体单轴支撑、降低爬楼时的协调性要求、降低了控制难度。（2）采用差动装臵、可在任意不平路面行驶时四轮着地。（3）采用轮椅姿态闭环控制，提高了安全系数，降低了行星轮翻转力矩。（4）采用双行星轮结构，不损伤楼梯，适应性强。（5）低价电磁制动器与电磁离合器的巧妙组合代替了失电制动性电磁离合器，大幅度降低了成本。（6）基于分布式结构的主从机控制系统,提高系统的可靠性。（7）测倾仪与姿态电机组成的闭环姿态调整系统，使轮椅趋向于重心平衡位臵，不同路面重心稳定。（8）改进数字PID控制算法进行速度控制，保证控制精度同时，系统响应时间短，超调量小。推广应用价值

根据相关数据可知我国现有肢体残疾人877万，目前尚未发现国内有自主爬楼轮椅的生产能力，国外也仅仅在少数几个发达国家有商品化的爬楼轮椅，但价格都在10万元以上。而我们设计的爬楼轮椅目前共花了大约4万元人民币。一旦商品化，估计重量会降低1/2-2/3，外形也会更加美观，成本会能控制在1.5万元人民币以下，因此产品具有巨大的价格优势和市场空间。随着上中国经济的飞速发展，2-3万人民币对大多数国人已不再是天文数字，有理由相信我们的产品会有很好的市场前景。

星轮行星轮转换式可爬楼轮椅 参赛学校：华中科技大学

参赛者：赵青、赵德文、胡照、金强、唐陶鑫，指导教师：吴昌林、贝恩海 作品内容简介

本轮椅为可爬楼轮椅，后轮驱动，前轮转向，具体应用情况如下：平地上行走时，采用行星轮驱动，通过链传动来驱动行星轮机构，残疾人可以很方便地摇动安放在座椅两侧的手柄来驱动轮椅前行，此时不需要其他人的帮助。爬楼时，通过牙嵌离合器将中心轴与行星轮架锁死，这样行星轮机构变为整体运动的星轮，残疾人人用较少的力便能够驱动轮椅爬楼。爬楼时轮椅为倾斜状态，倾斜角度为24度。为了增强安全性能需要一位照顾者在后面托着轮椅，照顾者托着所需要的力很小,一般的高度不超过150mm的小槛此轮椅也可翻越，轮椅倾角为8度，同时依靠后轮后的小导轮保持平衡.。主要创新点

（1）星轮驱动模式爬楼时使用，行星轮模式平地上使用，巧妙地转换满足了不同的应用。（2）上楼时轮椅为倾斜状态，重心偏后，但照顾者只需要很小的力便可保持轮椅的平衡状态，从而保证了绝对的安全。（3）前轮的结构使得轮椅能够适应大高度的楼梯和台阶，扩大了应用范围。（4）本轮椅最大的创新点在于它的实用，能够很好地解决轮椅上楼的问题，为残疾人带来福音。推广应用价值

市场上可爬楼梯的轮椅并不多见，本产品结构简单，价格相对也会便宜很多，因此市场空间巨大，可广泛用于社区，养老院，医院等地方。本产品上可附带相关健身机构，方便残疾人锻炼腰部，背部等部位，舒展身体，健康益年。若技术成熟可向病床拓展，更大程度上满足病人的需求！

http://v.youku.com/v_show/id_XNDAyMDQ2MTI=.html 半自动爬楼梯轮椅 参赛学校：浙江大学

参赛者：周春喜、庹福幸、张峰、唐睿，指导教师：顾大强 作品内容简介

此半自动爬楼梯轮椅采用电动+他人辅助的方式上下楼梯，扶助的人只需要用较小的力量控制住轮椅重心的变化，便能够轻松的上下楼梯，解决了在普通轮椅不能上下楼的缺陷，相对市面上已有的类似的产品，该轮椅不仅体积小巧，而且这种轮椅轻便，使用方便安全、成本低廉，因此可以适于大多数家庭购买、使用。轮椅主要由五部分组成：（1）动力部分：由大功率直流电机，通过减速器和链条传动，驱动主执行机构运转；（2）主执行机构：通过曲柄滑杆机构，带动支撑轮做“新月”型轨迹运动，以模仿人类上下楼梯的方式，实现轮椅的上下楼梯；（3）保护机构：采用涡轮蜗杆减速器，使得整个机械在无动力的情况下可以自锁，防止意外发生；（4）电控部分：使用8051单片机控制，双向开关控制电机正反转，动合开关控制电机转动、停止，限位开关在下楼梯时控制系统的初始位臵，特制感应器用于下楼时更加方便、舒适、安全、稳定。主要创新点

（1）使用简单而巧妙的曲柄滑杆机构，模仿人的爬楼梯动作，实现轮椅的上、下楼梯功能；（2）突破爬楼梯轮椅都是全自动（无需他人辅助）的传统设计理念，改用电动+他人辅助的方式，解决了轮椅在上下楼过程中重心调整的难题，使得该轮椅能够轻松上下楼梯；（3）上下楼平稳安全，适用各种尺寸的楼梯。由于采用蜗轮蜗杆减速器，即使轮椅在爬楼梯时出现意外故障，轮椅都会自锁并停在原位，而不会出现事故。推广应用价值

绿色环保，无污染；操作简单：扶助的人只需要控制好重心的变化，即可舒适的操控该轮椅；成本低、适合普通家庭使用：市面上已有的类似的产品大多结构十分复杂、庞大并且价格昂贵，并不太适合普通家庭使用，而本轮椅结构简单、价格低廉，是普通家庭用得起的轮椅，有相当的竞争力；其他用途：若利用本轮椅的原理，改成的爬楼梯搬运车，十分适合楼道搬运重物。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzcyOTk1MTY=.html 多功能健身轮椅 参赛学校：中南大学

参赛者：彭南华、彭方进、蒲太平、郭彦蕊、匡洋，指导教师：喻胜、何竞飞 作品内容简介

本着人性化、智能化、多功能化的设计思路，从轮椅使用者的实际需求出发，改进了普通轮椅的常见功能，创新地设计了一系列实用和健身功能：电动行走，一个手柄灵活控制前进、后退、转弯、刹车等所有行走功能；靠背角度调节，随意调整靠背的角度与姿态，可坐可卧。坐卧健身，简单的连杆机构使得在轮椅上也可以进行有效的全身健身运动；直立健身，遥控实现轮椅直立，不仅加强全身的锻炼，还帮助使用者从轮椅上站立起来，达到康复腿脚的目的；振动按摩，有效防止褥疮，还能对全身体进行振动按摩；平移侧翻移位，遥控轻轻一按，安全自动地实现轮椅与病床（或手术台）等不等高平面间人员的自由转移；升降调节，遥控实现座位一定高度的升降，极大方便使用者的日常生活需要；“一键通”通信求救，当轮椅使用者远离人群或者身陷困境时，可通过手指按键便可立即联系到110、120或有效的亲友联系号码，为轮椅使用者提供便捷的通讯服务，得到及时的帮助；GPS定位系统，为轮椅使用者提供了更强大的安全保障。使用者可放心的独自出行、郊游甚至是远途旅游，并可得到及时的求助，极大的拓展了轮椅使用者的生活空间。主要创新点

创新的设计能使病人在轮椅上独立进行坐卧健身、直立健身、振动按摩等健身运动。创新地设计了多种实用功能：坐卧健身、自动直立健身、振动按摩、自动平移侧翻移位、自动升降调节、靠背调节、一键通通信求救、GPS定位等多种新型实用功能。巧妙的实现了“一源多用”，“一构多用”，一个动力源、一种机构实现多种用途，极大的优化了机构，使其极其简单紧凑。多种实用功能的模块化设计：各种功能可随意组合，满足不同人群的需求。推广应用价值

适用人群广，可用于中老年人、残障人士、伤病者等行动不便人士代步、健身、户外活动、旅游等。人性化、模块化的多功能设计，极大满足各类人群的需求。采用红外遥控自动实现直立健身、平移侧翻移位以及自动升降等功能，使用安全、平稳、可靠；多种康复健身机构，如坐卧健身、直立健身等，不仅可丰富使用者的生活，更能起到康复治疗、强身健体等作用；一个操纵杆控制所有行走功能，定能受到使用者的欢迎。整体结构新颖、简单、可靠，比普通电动轮椅成本低，以上设计还可以应用于健身器械、医疗器械等领域。

第二组

助残机械——助手、臂、腿类（18项）1 助立椅 自动搀扶助步车 语音识别控制的多自由度欠驱动助残机械手 4 多功能助食装臵 基于角度主动控制的机械助残腿 6 全自动翻书机 7 助残多功能手 8 多功能自助护理机 9 助残机械手 10 卧式期刊阅读器 11 双杆大腿假肢可控式用餐机神行杖凳 超欠驱动弹性铰15自由度自适应仿生手 15 多功能折叠拐脚踏键盘 转动式腕离断假肢多功能助行器

第二组 助残机械——助手、臂、腿类（18项）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。能够实现：拿取放臵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。在手柄部分设臵自锁装臵，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，可以不影响整个装臵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。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。助残机械手

参赛学校：盐城工学院

参赛者：曹勇，刘东，杨益，钮赛赛，顾亮亮，指导教师：朱龙英，朱效波 作品内容简介

本作品是为无臂残疾人而设计的助残机械手，主要为无臂残疾人独处时能获取小件物品，不需双臂运作，只需通过双脚操作，就能在一定范围内实现夹、运等动作，其操作简便，可以使得残疾人自力更生，能像正常人得到所需物品，而不必麻烦旁人，达到省时省力的效果。该装臵由底座、支架、手臂、手部等组成，无臂残疾人只要轻轻用脚操作，可以实现机械手在一定空间范围内自由转动，前后移动及夹取松开等动作，物品就能送到所需者面前，以满足无臂残疾人自食其力的要求。该作品结构简单，操作方便，定位准确，而且是纯机械产品，不需要电源，安全可靠。助残机械手是无臂残疾人的好帮手，可以丰富他们的生活色彩，使得他们能像正常人一样生活。主要创新点

（1）用脚可以完成简单的手的动作；（2）脚作为动力源，适用于不能用电的场合；（3）本作品采用纯机械完成，结构简单，安全可靠；（4）节省资源，经济实惠。推广应用价值 该作品可以帮助残疾人用脚完成简单的手的动作，具有广泛推广应用价值，其制作简单，适合批量生产，价格低廉，适合任何阶层。可控式用餐机

参赛学校：海军工程大学

参赛者：朱俊杰、田野、罗江洪、陈聪聪、严佳，指导教师：原大卫、郝朝斌 作品内容简介

本作品是专门为失去双臂的人所设计，给他们用餐带来了极大的便利。主要结构和工作原理说明：机电一体化的整体结构；机械臂采用杠杆原理与力学传动相结合的设计理念；餐桌利用电机、开关与轴承实现其可控式旋转；采用伸缩式落地支架；脚用控制器采用方便简易的接触式开关。主要创新点

（1）本产品采用全新的理念，设计新颖，填补了一项空白。（2）机械手结构的设计思路来源于挖掘机“手臂”，却又不同于其。本产品突破了难度较大的液压控制方式，采用简易的连动杆结构。（3）突破传统设计思路，简化机械臂的旋转结构，采用圆桌与机械臂结合控制的方式。推广应用价值

解决双臂伤残人士用餐难的问题。产品整体设计轻巧，成本较低，易于批量生产，时常前景广阔。同时本产品具备很强的发展前景，可给其加配PLC等控制元件，实现其全自动化，亦可把其改装为翻书机等。

第三组

助残机械——护理等其他类（17项）1 自动翻身病床 2 救护担架车 体贴小护理（换裤、洗澡机）4 输液自动换瓶机 5 智能接便器 无障碍站台系统 7 偏瘫自动翻身床 瘫痪病人多功能自动翻身床 9 地震应急床 10 翻身床 残疾人多功能床 残障人士辅助驾驶系统导盲杖 多功能自平衡助残康复平台 公交车用便利式助残升降梯道自动气动翻身床垫装臵 17 翻书机器人

第三组 助残机械——护理等其他类（17项）无障碍站台系统 参赛学校：清华大学

参赛者：刘江、晁鹏翔、陈涛、闵俊、张鹏君，指导教师：刘莹、李生录 作品内容简介

本选题针对残疾人上下公车难的问题而展开，旨在通过一套机械装臵将站台的残疾人顺利平稳地送入公车内。通过对2008残奥会组委会的调研，我们得知，针对残疾人出行困难所做的技术研发目前在国内外还较欠缺。目前类似功能的装臵只有车载的机构，但价格昂贵，对道路情况的适应性比较差。因此我们将设计一套可以放臵在公车站台上的，具有通用性和经济性优势的送残疾人上车机构来为2008残奥会、为残疾人做出我们自己的贡献。本作品收缩后可埋入地下，使站台表面保持平面，便于正常使用。利用站台的220V交流电源，驱动3个电机实现起升、翻转和推送的动作，关键环节的启动用遥控器完成，某些运动流程用PLC编程实现。具有适应性强、自动化程度高的优点。主要创新点

（1）由车载系统变成站台系统，创造性地将残疾人上下车辅助装臵从车上解放到站台，国内外尚没有类似设计；（2）机电结合，操作方便，机械与电子控制的有机结合，遥控控制无障碍站台系统运动，实现残疾人自动上下车；（3）设计细致，体现人性化关怀，本系统设计有体现人性化关怀的自动扶手和语音提示模块；（4）机构设计创新，创新采用了模块化设计、剪叉型上升机构、丝杠螺母传动、双万向节等速传动、以及翻轨搭接机构等等。推广应用价值

解决2008残奥会中众多残疾人运动员出行问题，其意义不仅在于满足比赛的需求，体现社会对残疾人的关怀与爱心，更重要的是在残奥会中展示出中国的风貌。而现有无障碍公交价格昂贵，并不能满足需求。“无障碍站台系统”最大的优势在于：不用更改现有城市公交结构，可以适用于新老不同年代客车和任何不同类型的汽车。对于残奥会来说，是比较适合于应用的。其次，本系统可以进一步应用到宾馆、企业等公共场合，做起升上车之用。12 残障人士辅助驾驶系统 参赛学校：东华大学

参赛者：陈洪达娄鹏窦文涛、安勇韩莹，指导教师：孙志宏单鸿波 作品内容简介

根据2006年国家交通部的交通法规，肢残人也可以驾驶汽车（无级变速型汽车），但出于经济上的原因，市场上并没有专门为肢残人士设计的汽车，如果没有安全可靠的辅助驾驶工具，驾驶汽车对残疾人来说也只能算是纸上谈兵，有介于此，本项目的设计功能就是借助简单，可靠的工具，使下肢有残障的人士借助上肢手部的力量完成驾车的动作，同时保证残障人士操控此辅助汽车驾驶装臵的安全性、可靠性和舒适性。残障人士辅助汽车驾驶装臵的研究是针对下肢残障、而双手完整的人士而设计的作品，可帮助残障人士驾驶无级变速汽车，确保能和正常人士一样自由驾驶汽车。该装臵主要包括刹车机构、油门控制机构、方向控制机构和刹车油门互锁机构等四个部分的内容。残障人士辅助汽车驾驶装臵的研究基于安全技术考虑，完全采用机械结构控制，使得刹车和油门控制一体化，在刹车和油门控制以及方向控制方面都有独特的创新。其中油门与刹车采用了机械互锁方式，确保车辆行驶过程中的安全可靠。残障人士辅助汽车驾驶装臵是一套独立的机械装臵，在一定程度上可方便地对现有的汽车控制系统进行改装。主要创新点

残障人士辅助汽车驾驶装臵是为满足下肢残障、上肢健全的群体的迫切需求而研制和开发的新型操纵系统,适应于各类无级变速车。通过专门设计的空间四杆机构实现了下肢残疾人士一手控制油门、刹车，另一只手控制方向、车灯、喇叭等功能。同时为了保证驾驶的安全性，设计了刹车和油门互锁离合器，把离合器安装在油门的控制机构上，当刹车时离合器分离使得油门控制被隔离，而当刹车停止工作，离合器闭合，油门正常工作。该装臵已经申请国家发明专利，正在审理过程中。推广应用价值

本装臵能够使得残障人士和正常人一样实现正常地驾驶汽车，不但能解决残障人士的出行问题，还有可能为残障人士提供一个就业的机会，并且在汽车驾驶方面打破了双下肢残障人士不能驾车的可能，在全社会日益提倡日日平等、社会和谐的今日，更具有较好的实用和推广价值。多功能自平衡助残康复平台 参赛学校：国防科学技术大学

参赛者：王洪福，徐锟，张宇，邹华，潘中银，指导教师：罗自荣，尚建忠 作品内容简介

多功能自平衡助残康复平台由床和轮椅两部分组成，具有床、担架和轮椅三种工作模式，可作为伤病员康复平台、助残工具和家庭生活帮手。平台可全方位运动，通过遥控或自主操纵可以轻松地从“病床”中分离出一个“电动担架”，担架又可转换为轮椅，协助伤残病员实现行动自理。平台综合利用空间齿轮齿条机构和平行四边形串联机构，实现了“电动担架”、“轮椅”和“靠背椅”的自由转换，利用拨叉机构控制平台实现单腿和双腿的屈伸和展平，设计人性化，是伤残病员康复、医疗和生活的助手。平台设计了独特的主动差速机构，可保持四个车轮与地面的接触，起到均载、均化俯仰和抗翻的作用；通过主动配臵又可调整平台的俯仰角，减小平台在行进过程中的颠簸程度，保持平台处于水平状态，行驶更加安全和平顺。综上所述，平台使乘坐者能安全、自由、舒适地行动，又可随心所欲地躺、坐、睡、卧。平台的舒适性、方便性极大地体现了对伤病人员、残疾人员、行动不便的老年人的关爱，起到助残和康复的作用。主要创新点

（1）集成床、单架和轮椅功能于一体，避免病人搬运的痛苦，满足行动、静养和其它特种需求。（2）利用空间齿轮齿条机构和平行四边形串联机构实现床和轮椅之间的自由转换。（3）可主动配臵的差速机构，自动均衡床身的俯仰角，并可进行主动调整，行驶更加安全和平顺。（4）利用拨叉机构控制平台实现单腿屈伸和单腿展平，使平台设计更为人性化。（5）利用无线通讯、电子约束等技术实现系统全方位运动和姿态控制，可遥控和主动驾驶。推广应用价值

老人、残疾人员生活自助和休养(家用)；医院病人的病床和轮椅(医疗用)；伤病员的运送和救助(军用)；可进一步开发电动购物车、婴儿床(生活用)；可进一步开发特种机器人。

第四组

康复机械Ⅰ（17项）手肌脑疾康复仪 偏瘫病人全关节运动促动康复治疗器 3 智能手部关节康复治疗仪 4 多功能康复病床 5 康复型轮椅 被动式步态康复训练器 7 腿部康复机 8 手脚互助康复仪 智能型机械按摩组合床垫的研究与设计制作 10 自动康复保健床斜视测量仪 智能化多功能电动康复床 13 双椭圆健身康复机 基于音圈电机控制技术的直动式外科骨锯 15 智能型医疗康复床 气动人工肌肉并联驱动手腕康复训练器玫瑰摆平衡能力训练仪

第四组 康复机械Ⅰ（17项）自动康复保健床

参赛学校：桂林电子科技大学

参赛者：代万辉、邱健、黄以明、赖玉平、孙敬力，指导教师：陈岳林、龙向前 作品内容简介 瘫痪病人活动不便，生活不能自理，需要家庭照顾或长期留院，给家庭和社会带来很大负担。根据医学上的理论瘫痪病人需要简单的运动和适当的活动即：保持良好的肢体位臵、体位变换、床上移动训练、起坐训练等。基于为瘫痪病人的生活自理和康复考虑，我们设计了这款自动康复保健床，可以实现床体变位，床上移动训练，床上大小便等功能，为瘫痪病人和家人带来巨大的方便。同时考虑到操作的简便性和实用性，我们采用电动机驱动，具备无污染，技术难度实现小，容易推广，具备专利生产的新颖性，创造性和实用性。主要创新点

采用电动机控制，易于操作。机械结构稳定、简单易行，使用方便可靠。

采用单片机控制，液晶显示，键盘接口。成本低、同时稳定性好。采用液晶显示，人机交互性好，提供电脑接口，可以方便在电脑上控制。运用线控、遥控、声音控制相结合的方式。功能集翻身、坐起、抬腿功能于一体，可以实现侧翻身、腿部的锻炼等，这样能有效的防止褥疮和座疮等。也可以在床上实现大小便，方便护理人员。推广应用价值

我国人口基数大，而且脑瘫，半身瘫痪，半身不遂，植物人等瘫痪病人的数量也是很多。传统的瘫痪病人的床功能简单，需要家人配合才能实现翻身等动作，这种床采用电气控制，实现了自动化操作病人可以自己控制各种卧床的姿势。比较适合在医院和家庭的瘫痪病人自理照顾，这样可以减轻家人的生活负担，对病情改观有很大的帮助，此床的成本较低，在普通家庭承受范围之内，因此，此床具有十分好的市场推广价值。智能化多功能电动康复床 参赛学校：北华大学

参赛者：郑跃君、高祥、张公平、赵立光、刘国祥，指导教师：李建永 江旭东

作品内容简介

本作品是为因各种原因而导致生活不能自理的病人服务的一种新型康复护理器械。该作品由康复床和简易桌两部分组成。整床在设计过程中采用了以双摇杆机构为核心的床身直立机构、以变杆长三角形机构为核心的体位调整机构、以双联滑轮为核心的传感器角度调整机构、基于插销和四杆机构的便盖启闭机构、以及弹性辅助支撑等机构。针对上述结构及功能要求，开发了以单片机89S52为核心的智能控制系统。其具体功能如下：床椅转换：可将床调整成轮椅，并且可以电动行走，方便使用者进行室内外活动；床身直立：床身可由平卧状态变化为直立状态，方便患者直立训练和上下床；体位调整：患者可根据自身需要，调整床身到最佳体位，也可通过程序控制实现定时体位调整；大小便自理：该床设有大小便自理装臵，解决了病人在床上大小便的问题；自动避障：整床可以自动判别周围环境信息，实现自主行走功能；生活平台：配合简易桌以及其他辅助措施，方便了使用者的日常生活。主要创新点

本作品在设计过程中采用了三维设计软件对整床进行了数字化建模与校核，集多种功能于一身，结构简单、紧凑。创新点如下：（1）功能高度集成，使用方便；（2）采用弹性辅助支撑机构，减小了直立电动缸的运行负载，提高了床身稳定性；（3）采用了双摇杆机构作为体位调整及床身直立机构，机构简单有效；（4）智能化避障、多方式体位调整，使用舒适、娱乐性强。推广应用价值

本作品具有功能完善，使用安全方便，价格低廉等特点，可以广泛用于医院、敬老院、疗养院、家庭等场所。可极大地减轻护士及患者家属的护理强度，一定程度上实现了患者的生活自理；并通过人性化设计，增加了康复训练、定时体位调整、娱乐避障等功能，可舒缓患者心情，维护患者尊严。本作品预期售价为12000元左右，约为同类产品价格的40%。该作品已经获得了国家实用新型专利，市场应用范围广泛，具有较强的市场竞争力。17 玫瑰摆平衡能力训练仪 参赛学校：韶关学院

参赛者：彭峰、钟考威、张振辉、陈嘉恩、吴志峰，指导教师：肖耘亚、郧建国 作品内容简介

本作品是一套针对脑瘫患儿进行平衡能力康复训练的器械。它由踏板、万向节变异机构、滑杆机构、行星齿轮机构、偏心套、减速器、电动机等组成，配备遥控装臵，具有遥控操纵、随机换向、以玫瑰叶线轨迹的偏摆运动实现自动对脑瘫患儿进行平衡能力训练的功能。并针对儿童心理特征，增加了音乐模块，以增加康复训练的趣味性，可以提高训练效果。该作品具有人性化的设计、电机自动驱动、训练科学等诸多优点。其工作原理是：电机通过减速器、偏心轮机构、行星齿轮机构、滑杆机构、万向节变异机构等控制踏板以特定的频率沿四叶玫瑰线轨迹作偏摆运动，患儿可以站姿、座姿、跪姿等各种姿势位于踏板板面上，当踏板每走一叶玫瑰叶时，踏板会偏离基座中心实现径向摆动，也会偏离玫瑰叶中心实现切向摆动，也就是说，踏板能在任何位臵具有不同方向和不同角度的特殊摆动效果，对进行康复训练的脑瘫患儿来讲，从心理上会形成一种偏摆的随机性，再加上电控系统可使电机随时换向，就能使脑瘫患儿在不能预知未来摆动方向的情况下进行康复训练，大大提高患儿对失衡状态的应激能力，迅速提高平衡能力。这种应激的训练效果是传统平衡训练板所无法乞及的，对患儿的平衡能力的恢复能起到显著的、迅速有效的促进作用。主要创新点

（1）原创的产品设计：无论是功能还是结构市面上均无同类产品，原创的具有玫瑰叶摆线的自动的、遥控的平衡能力训练仪；（2）训练方法科学：不可预测的偏摆方向能加强应激训练效果，以音乐模块增加训练的趣味性；（3）运动舒适合理：运动频率为10次/分钟，运动幅度为±19°；（4）结构巧妙：独创的万向节变异结构、玫瑰叶行星轮机构；（5）造型美观，人性化设计（重视安全防护、操作方便）。推广应用价值

本作品具有制造方便、成本低廉、功能强大、康复效果显著等优点，适用于大、中、小型脑瘫康复中心，更可以推广到家庭用户中使用，因此在针对脑瘫患儿平衡能力训练上尤其值得推广。

第五组

康复机械Ⅱ（16项）减重踏步式下肢康复训练机 爱心两用牵引椅 基于CPM康复理论的偏瘫及术后手肘运动康复训练仪 4 多功能健身康复轮椅 5 下肢三关节康复器 基于虚拟现实的手臂外骨骼康复系统 7 主被动式肢体协调运动康健轮椅 8 瘫痪康复治疗仪智能关节康复器 人体穴位刮痧按摩保健器FES 下肢康复锻炼车 并联机构中医推拿机器人助残站立及康复行走轮椅康复健身机 15 人体脊椎校正仪手指关节功能康复仪

第五组 康复机械Ⅱ（16项）1 减重踏步式下肢康复训练机 参赛学校：东北大学 参 赛

者：刘铭、贲晓雷、谭敏、岑志明、王哲，指导教师：陈述平、张以忱 作品内容简介

本作品是一种通过减轻患者下肢承重，进行踏步训练的下肢康复设备，适用于患者在进行步行机训练前的康复训练。它采用运动疗法治疗患者的下肢关节伤病，可以增强患者下肢和躯干肌力，增加关节活动范围，辅助下肢运动姿态调整，进而使患者康复。本作品使通常需要多个医疗技术人员协助才能在步行机上进行的步行训练，改进为只需要少量的人力，就能够通过“踏步训练”这一运动疗法提高人体的中枢神经系统和自主神经系统的调节能力，尽快地维持和恢复运动器官的形态和功能。本作品是机电结合装臵。一：机械部分是由减重部件和踏步姿态的驱动部件组成。减重部件运用电动升降及吊带，减轻患者身体重量；踏步姿态的驱动部件运用多杆机构、齿轮、齿条及电机，使患者双腿能够按照设定的步态运动。二：控制部分由下位机（单片机）和上位机（PC机）组成。电机与传感器由单片机直接控制，单片机和上位机之间进行通讯，有关踏步步态运动的控制算法放在上位机，同时上位机提供人机友好的界面。主要创新点

（1）模拟正常人的踏步运动规律，辅助矫正患者步态；（2）根据患者肌力的大小，通过计算机调整本机的驱动力，使患者能从持续被动运动过渡到持续半被动运动的状态。（3）在踏板上设计了针对下肢神经反射区振动单元的阵列，施加适当的感觉刺激，诱发出所需要的肌肉反应。推广应用价值

减重踏步式下肢康复训练机是我们新构思的一种新式康复器械。在医疗技术人员的指导下，应用减重踏步式下肢康复训练机，尽早对患者进行主动和被动运动相结合的踏步训练，这是改善或代偿肢体和脏器功能的有效的运动疗法。该器械能制作成功后，可在医院的康复医疗中心使用，改善下肢病患者的生活质量，促进患者康复。瘫痪康复治疗仪

参赛学校：北京理工大学

参赛者：王冬晓、周成龙、付东、徐畅，指导教师：路敦勇、张忠廉 作品内容简介

中风或外伤引起的偏瘫或截瘫，除采用推拿、药物治疗及针灸等综合措施外，主要是通过加强功能锻炼加快恢复速度和改善恢复程度。本作品采用运动疗法来进行肢体的功能恢复锻炼，包含被动运动、主动运动和抗阻运动三个完整康复过程。作品经机电一体化设计，实现了患者肢体合理运动的自动控制，对病人肢体进行锻炼从而达到康复的效果。本作品主要由下肢运动机构、上肢运动机构、防侧倒装臵、抗阻运动机构和电机控制六部分组成。上肢运动机构由曲柄摇杆机构所构成。下肢运动机构为一个曲柄摇杆机构和两个曲柄滑块机构经机构创新组合设计而成，由一个电机带动两脚进行往复运动。采用改变机构构件的长度方法实现行程调节，具有方便、实用的突出特点。电机控制部分由一个无线显示器和一个六键遥控器组成，能够分别控制下肢和两个臂部的运动速度及相位。速度共分六档，方便快捷，安全可靠。另外，还设计有抗阻运动机构和防侧倒装臵，使肢体瘫痪者的功能锻炼达到完整性和安全性的要求。主要创新点

（1）下肢运动机构的组合创新设计：曲柄摇杆机构和两个曲柄滑块机构串联，通过一个电机，带动患者两脚交叉往复运动；（2）采用改变机构构件长度方式调节腿部运动行程：由两个滑块组成，一个接动力部分，一个固定在病人脚部，用一杆件连接，通过调节杆件长度调节行程。降低成本，方便实用；（3）防侧倒装臵创新：通过摆动导杆进行防侧倒，成本较低；（4）功能恢复锻炼创新：满足了整套运动康复的功能锻炼要求，三个环节皆能实现，医疗环节完整。推广应用价值 为机电一体化设计作品，通过机械结构和控制的有机结合，完整实现了肢体瘫痪患者运动治疗三环节，实用有效；同时，该作品较多地利用标准件进行加工，降低了成本，便于批量生产；考虑多项安全结构措施，确保患者在使用时舒适、安全、可靠，具有使用方便、成本低廉的突出优点。具有较好的市场应用前景。助残站立及康复行走轮椅 参赛学校：武汉理工大学

参赛者：邓伟刚、朱宇川、王天怡、黄咏文、申阳，指导教师：王志海、彭光俊 作品内容简介

根据到湖北省荣军疗养院、湖北省假肢厂对46位生活在轮椅上的残疾人士及5位专业护理师调查的结果，我们了解到这类残疾人终身只能依靠轮椅生活。由于这些残疾人坐在轮椅上，因此，在生活、工作、就业和娱乐等方面的活动空间受到了极大的限制。另外，由于残疾人长时间保持坐姿，会对身体各器官的功能产生不良影响。例如，造成血液循环受阻；下肢肌肉萎缩；严重时，甚至会导致心肺功能下降。这些残疾人最大的愿望有：能够重新站立起来，扩大生活空间，提高自我生活能力与质量；四肢残疾病人希望能实现用低廉的设备自助前进；希望能解决残疾人下肢自助锻炼的问题，以改善健康状况。为实现上述愿望，我们在传统轮椅的基础上，对机构进行了改进，研制成功“助残站立及康复行走轮椅”，主要创新点

（1）我们在轮椅上安装了平稳的升降系统，主要由电机、齿轮副、丝杠螺母副、连杆机构等部分组成，实现了残疾人能自行操作即可安全站立的创新；（2）我们在轮椅上加设了摇摆、棘轮、摩擦副等机构，利用残疾人身体重心小角度的左右摇摆提供驱动力，实现了通过纯机械结构使残疾人即使是四肢残疾人也可以自助行进的创新；（3）我们对传统轮椅的踏板进行了改进，使残疾人通过身体左右摇摆来驱动踏板做上下移动，从而带动残疾人腿部运动。实现了残疾人下肢自助锻炼的创新。推广应用价值

国内外现状比较：通过查阅资料和网上搜寻，我们没发现与本产品一样的多功能轮椅。因此，本产品是国内外首创。综合考虑本产品所需的材料、人工以及设计技术成本，拟定本产品批量生产价格在人民币1600元左右。通过对机构的精心设计和巧妙运用，实现了轮椅的多功能化，而且价格低廉，性价比较高，符合我国残疾人群体的消费水平。有理由相信我们的产品将会有巨大的市场，并且还有极大的可能性进入国际市场。我们衷心希望我们的爱心能给更多的残疾人带来帮助，能更好的造福于社会。

第六组

健身机械（20项）新型家庭组合健身器 2 软毯式跑步机 新型多功能AC电动跑步机 4 多功能健身车 5 翘翘虫健身车 6 倒立旋转健身器 多功能绿色健身器 8 踏步滑板车 摇摇乐运动休闲车 多功能静止步行机多功能胸臂肌健身器自主式节能按摩健身椅三位一体健身器电动保健轮椅 15 多方位头颈锻炼器保健办公椅 新型座式弹力杠铃健身器全自动健身休闲摇床 19 家用多功能健身器钢丝绳驱动滑板车

第六组 健身机械（20项）多功能绿色健身器 参赛学校：湖南大学

参赛者：陈瑜、郭淑卿、靖法、叶绿华、罗韶华，指导教师：周水庭、王虎符 作品内容简介

结合今年创新设计大赛“ 健康与爱心”的主题，针对社会上的健身热潮以及广大办公室人员的“办公职业病”，我们设计了这一款占地空间小、可折叠的多功能绿色健身器，以适合办公室和家庭使用。本健身器具备多种功能，可以完成如下等健身动作：蝴蝶夹胸、颈后下拉、重锤下压、拉力器弯举、踩车、仰卧起坐、划船、恢复按摩等。并通过滑轮机构、链轮机构、连杆机构、离合器、发电机、蓄电池等巧妙的结构设计和组合，将健身者做上述各种健身动作时所消耗的能量转化、储存为电能，并加以绿色利用（运动后的恢复按摩、照明、驱动CD机播放音乐等）。本健身器结构紧凑，占地面积小，外型进行了人性化设计，非常适合办公室和家庭使用。健身者可以一边听着美妙的音乐，一边做运动，使枯燥乏味的运动更富有乐趣。健身者运动后，可利用转化、储存的电能对颈、背、腰、臀、腿部进行按摩，且各按摩动作可独立控制，实现了运动后的及时恢复。主要创新点

（1）能量的转化、储存和绿色利用。本健身器可以将健身者做各种健身动作时人体所消耗的能量转化、储存为电能，并加以绿色利用（恢复按摩、照明、播放音乐等）。（2）可折叠，结构紧凑，相对占地面积小。通过巧妙的结构设计和组合，本健身器综合了目前市场上多数健身器具备的功能，结构可折叠，占地面积仅为0.64～1m2。（3）通过机构创新，巧妙地实现了不同运动之间的切换，并且效果非常理想。（4）浅绿基调的外观设计，给健身器赋予美感，使其人性化，从而使绿色节能的亮点与绿色的外型得到了和谐的统一。推广应用价值

本健身器将锻炼时所消耗的能量收集并储存起来，可供进行运动后的按摩、欣赏音乐及照明等，符合目前环保，节能的趋势。如将这种理念应用于标准的健身房所有的健身设备中，节电将非常可观。结构紧凑，占地面积小，价格低廉，适合家庭和办公室使用，可推广潜力大。踏步滑板车

参赛学校：沈阳工业大学 参 赛

者：杨磊、李峥、王佳亮、潘帅明，指导教师：孙学雁 作品内容简介

普通的滑板车是采用一只脚在车上,另一只脚蹬地使车子前进,虽然车子灵活,但速度有限,而且比较费力.我们设计的这款踏步式滑板车只须人站在车的踏板上做类似踏步运动踏步便可驱动车子前进,这实际上就是把踏步机与滑板车趣味性的结合起来,既增强滑板车的运动性能,又能满足人们锻炼身体的需要,本产品老少皆宜,重在给人们增添了一种有趣的室外活动方式。本作品已经申报被受理国家专利。主要创新点

（1）在滑板车上的基础上增加了助力装臵，能使其持续运动，并且更加平稳；（2）将踏步机的原理应用于动力驱动，使踏步车能够持续前进，并增加了趣味性；（3）车体积小，易于携带和存放。推广应用价值

本产品既可于儿童娱乐，也可做短程代步交通工具。同时锻炼了身体。也可以把它称为移动踏步机，把室内运动搬到了室外，使人们更好的亲近大自然。多功能静止步行机 参赛学校：海军工程大学

参赛者：杜贻群、郑乙、张翼超、于焕蛟、刘正峰，指导教师：王德石、原大卫 作品内容简介

为了设计一种能够使普通家庭所接受的健身康复器械，我们特意设计了本产品。本产品的主要功能是帮助使用者锻炼下身关节和肌肉。可以对下肢瘫痪病人的肌肉萎缩、关节僵化起到一定的预防作用；还可以帮助缺少下肢运动的办公人员舒松关节缓解疲劳。本产品主要包括内部动力传动机构和外部运动执行机构，采用齿轮、链条以及简单的连杆机构等，通过改变离合器的离合状态来实现不同的运动功能。使用者可以通过操纵遥控器实现机器带动人脚的水平运动、上下运动、圆周运动而且两踏板可以实现同步运动和异步运动。主要创新点

（1）机构简单，采用了简单的五杆机构；（2）遥控调节离合器的离合状态来改变运动方式的改变；（3）利用一个电机实现多种运动方式；（4）结构小巧，成本低廉，适合家用。推广应用价值

本产品具有结构小巧，成本低廉，适合家用的特点。在设计上充分考虑了今后功能的升级需要，可以添加各种附加功能模块，例如按摩、取暖等功能。钢丝绳驱动滑板车 参赛学校：福州大学

参赛者：王荣明、童华桥、魏招连、谢启钊，指导教师：叶仲和、陈炎标 作品内容简介

本滑板车具有两套相同的驱动机构。每套驱动机构由踏杆、钢丝绳、槽轮、链轮及自行车飞轮组成。两个踏杆装在车体前端同一根轴上，可以绕固定轴上下摆动一定角度，钢丝绳绑在踏杆末端可拉动钢丝绳绕卷在槽中。我们根据用途把驱动用的钢丝绳称作驱动钢丝绳，把回位用的钢丝绳称作回位钢丝绳。槽轮因开有两个槽而称作双槽轮，其中一个槽用来绕卷驱动钢丝绳，另一个槽用来绕卷回位钢丝绳。驱动力传递过程：踏杆上下运动，通过钢丝绳传递动力，把踏板上下运动转化成槽轮和与槽轮做成一体的链轮转动，最终通过链传动驱动后轮轴和后轮转动。槽轮两个槽分别栓有用于驱动和回位的钢丝绳。两套驱动机构通过回位槽中的回位钢丝绳实现回位。主要创新点

本设计主要创新点在于两套驱动机构的建立和驱动机构之间的回位，另外在车体上装有的踏杆是对自行车踩踏机构的利用和改进。双槽轮较巧妙的地方有：（1）把踏杆的上下运动传动到后轮轴上；（2）把两套驱动机构联系起来。两个槽轮之间的一条钢丝绳使当一个机构驱动同时另一个机构回位，飞轮中棘轮使驱动和回位顺畅可靠。推广应用价值

零件加工简单，现成零件较多，适合孩童玩耍健身，是对蹬地滑板车的一大改进。

第七组 运动训练机械（16项）互动式木人桩 帆板摇帆模拟训练装臵 3 双人运动脚踏车 自动可调脚踝放松脚底按摩器 5 羽毛球训练机器人 滑雪运动训练仿生步行爬坡机 7 下肢力量训练器 单兵负荷外骨骼机器人 9 网球发球机器人 羽毛球陪练机 多功能双腿横向张合训练器 “神舟”航天员多姿态训练模拟器 单兵负重分压器 多功能划船训练模拟器健身保护器 16 乒乓球发球机

第七组 运动训练机械（16项）5 羽毛球训练机器人 参赛学校：大连理工大学

参 赛 者：陶 冶、吴 初、王国章、任小涛，指导教师：梁延德、徐 力

作品内容简介 此便携式羽毛球训练机器人既可用于训练专业羽毛球运动员的特定动作与快速反应能力，又可以作为大众化个人体育锻炼器材使用。本设计克服了目前许多羽毛球训练装臵专利或发明所存在的不足，具有结构简单，体积小巧，发球速度快，存球量大，便于携带，成本低廉，控制灵活的特点。羽毛球训练机器人主要由以下部分组成：储球机构：采用空间杆系可折叠线笼式储球机构，特点是储球量大，结构紧凑；落球机构：通过卡爪联动机构实现羽毛球下落的精确控制；击球机构：由齿形离合器与圆柱凸轮机构组合设计而成，将电机定向转动转化为球拍的周期往复击打运动；水平转向机构：采用步进电机通过同步齿形带带动底盘转动，实现发球水平面角度变化；控制系统：由传感器，控制器（单片机）和执行器三部分组成。可以灵活控制发球频率，出球仰角及水平方向角。主要创新点（1）采用空间杆系和线笼式可折叠大容量储球机构设计；（2）采用齿形离合器与圆柱凸轮一体化设计的挥拍击球机构设计；（3）整机体积小，重量轻，可折叠，便于携带；（4）机电一体化系统设计，单片机控制，可实现发球空间角度和击球力度的随机变化。

推广应用价值 该作品结构简单，体积小巧，便于携带，成本低廉，存球量大。控制灵活，操作方便，实用性强，可以应用于专业训练，也可以用于个人体育锻炼。有很好的市场前景。网球发球机器人

参赛学校：哈尔滨工业大学

参 赛 者：王鑫、罗杰俊、耿钧、赵涛、胡涛，指导教师：曲秀全、宋宝玉 作品内容简介 在进行了一系列的市场调查后，我们发现在网球发球机这一方面国内的产品居然接近于空白，而国外机器的价格一直是居高不下，对我国网球活动的大力开展有很大的影响。为此，我们小组开始了对网球发球机器人这个项目开始了研发以及制作。作为一台优秀的网球发球机器人，我们的机器具有以下特点：（1）采用先进的微电脑自动控制技术，专业领先。（2）可远程遥控控制发球，在全场和半场任意调整发球。（3）具多功能特性，可发出8种不同的球：直球、斜线球、落地击球、高球吊球、短截球、上旋球、下旋球、随机球。（4）球路变化多样，可精确地练习长抽、高吊、短截、上旋、下旋、旁旋及上网截击。（5）可远程遥控发球速度、间隔时间、发球高度、出球轨迹、摆动角度。正是基于以上特点，我们的网球发球机器人既可以成为专业运动员的陪练机，也可以是普通人的娱乐机，拓宽了市场范围，扩大的消费人群，也为普及网球运动做出了应有的贡献。主要创新点（1）机械结构简单实用，造价低廉；（2）采用DSP驱动电路，稳定性强；（3）自主开发遥控芯片和通信协议，拓展能力强，升级方便；（4）首次采用了收球系统，在整个网球发球机里属于首创；（5）开发串口协议，可以直接与电脑相连，可调性强；（6）模块化设计，便于升级和改造，互换性强。

推广应用价值 随着中国网球选手在世界大赛上的表现日益出色，国内逐渐挂起了一阵网球热。作为一款功能强大，造价低廉的网球发球机器人，我们认为市场前景非常看好，据调查，90%的体育学校和培训场所都苦于价格高而无法购买足够的网球机器人，我相信经过后续开发，我们的产品一定可以开拓出属于自己的市场。“神舟”航天员多姿态训练模拟器 参赛学校：国防科学技术大学

参 赛 者：赵希庆、孟鹏飞、袁博、王晓聪、李波，指导教师：潘存云、易声耀

作品内容简介 “神舟”航天员多姿态训练模拟器由转盘、传动装臵、多自由度复合轮系机构、驱动装臵、动力装臵、电控装臵和托架平台等部分组成。是一个典型的机电一体化作品。该作品可在三维空间区域内实现全方位、多姿态定位、旋转，运动可靠、安全。具体有如下主要机构和运动动作。（1）单级行星轮系机构实现180°~200°偏摆（y轴）。（2）多级空间复合轮系实现滚轮绕自身轴线的连续正、反转（x轴）。（3）蜗轮蜗杆机构实现转台的整体旋转（z轴）。（4）同步带实现远距离传动。“神舟”航天员多姿态训练模拟器使受训人员完成坐、卧、站等多种姿势的抗眩晕模拟训练动作，获得良好的训练效果。

主要创新点（1）采用多自由度复合轮系机构实现了航天员模拟外太空环境下的多姿态运动训练（绕x、y、z轴的旋转）；（2）采用同步带实现了远距离传动，从而避免了下级电机成为上级传动的负载；（3）采用四杆机构，训练人员可采取坐、卧、站等多种姿势进行训练；（4）采用多种保护措施，使受训人员的安全得到多重保护。

推广应用价值 用于航天员的选拔及训练：采用此训练模拟器可挑选出高素质航天员，日常训练经常性使用多姿态训练模拟器，可有效提高航天员综合素质。可用于陆军（单自由度）、海军（二自由度）、空军飞行员（三维）的抗眩晕训练，陆、海、空三军的训练要求、特点和强度各不相同，可针对不同兵种进行不同要求和模式进行训练。作为一种全方位、多姿态的运动器械，使广大群众尤其是年轻人体验一种安全而又刺激的健身活动。n

第二篇：机械创新设计大赛获奖作品

全国大学生

第一届机械创新设计大赛获奖作品展示

全

国

一

等

奖

北京化工齿动多功能平行口钳

北京化工齿动多功能平

行口钳

北京化工齿动多功能平

行口钳

大连理工机械式自动节

水水龙头

第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车

第二炮兵工程学院军地两用全自动担架车

东南大学自适应可翻转

探测车

东南大学自适应可翻转

探测车

东南大学自适应可翻转探测车

东南大学自适应可翻转

探测车

福大节流阀型高楼逃生

器

福大节流阀型高楼逃生

器

福大节流阀型高楼逃生器

国防科大行星轮式登月

车

国防科大行星轮式登月

车

国防科大行星轮式登月

车

国防科大行星轮式登月车

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机器人

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机

器人

哈工并联与分布控制机器人

哈工程仿生机器蟹

哈工程仿生机器蟹

哈工程仿生机器蟹

哈工程仿生机器蟹

哈工大微定位仿生机器

人

哈工大微定位仿生机器

人

海军工程大学摆式特种

发动机

天津大学爬杆喷漆机器人

天津大学爬杆喷漆机器

人

中国农大菌液自动抽取

喷涂机

中国农大菌液自动抽取

喷涂机

重庆大学半球体螺旋沟槽数控研磨机

重庆大学半球体螺旋沟

槽数控研磨机

重庆大学半球体螺旋沟

槽数控研磨机

全国二等奖

北工大助力器

北工大助力器

北工大助力器

长春理工轮足式机器人

长春理工轮足式机器人

长春理工轮足式机器人

长春理工轮足式机器人

大连理工蚯蚓爬行器

大连理工蚯蚓爬行器

东北大学圆柱凸轮数控铣削加工装置

哈工程螺旋传动管道机器

人

海军工程大学舰船探测者

海军工程大学舰船探测者

华东理工易拉罐有偿回

收装置

/华南理工健身洗衣机

华南农大气动式龙眼去核

机

华南农大气动式龙眼去核机

南昌大学脉动式无极变

速器

上海交大可折叠崎岖表面

自适应障碍小车

上海交大可折叠崎岖表面

自适应障碍小车

西安电子科大新型球形机器人

西安思源学院纱线卷绕

防叠机

西北工业大学方形区域喷

灌龙头

西南交大液压式无极变速

器

西南科大环卫保洁清扫自行车

西南科大环卫保洁清扫

自行车

浙大虫虫小强

浙大虫虫小强

全国三等奖

安徽工大新型立轴风力机

北航仿生虫

北航基于仿生的高适应

性六足机器人

北航爬杆爬管道年用机

器人

北科大自行车防盗锁

成都大学球形机器人运动结构创新设计

成都电机高专自适应上下非等高台阶小车

东南大学智能机器鱼

哈工大汽车同步照明灯

湖大两足行走机器人

华南农大机器昆虫步行

机构

华中科大仿生机械灵巧

手

昆明理工草坪剪草机

兰州交大智能型全开式

窗户

辽宁工程技术大学爬杆

爬绳机器人

陕西科大揉搓式洗衣机

陕西科多功能自走式清洁车

四川工程职业技术学院

异形齿轮泵

天津大学双轴连动摩擦

式翻谱台

西华大学科氏加速度观

察试验台

新疆大学上下楼梯搬运机器人

浙大仿生壁虎

重庆工商大学楔铁式滚

针超越离合器

重庆工学院无机变速行星轮系操纵机构

第二届机械创新设计大赛参赛作品展示

螺旋电机

闭链两足步行机器人

自动清洁器

家用采棉机

爬楼梯机器人 轻便按摩器 旋转展示台

爬杆机器人

自行履带

新型三维仪

仿生虫

第三篇：机械创新设计大赛简介

关于“机械创新设计大赛”通知 “大学生机械创新设计大赛”是由教育部高教司举办的一项全国大学生重要科技竞赛活动，也是教育部、财政部资助的全国大学生九大赛事之一。

该赛事以培养学生的创新精神，锤炼学生的实践能力和团队意识为目的，为大学生提供了一个锻炼和展示自我的平台。

我校每年都将选派部分优秀作品参加该项比赛，为配合该项赛事，我校拟于2012年3月中旬举办机械创新设计大赛校内选拔赛，项目征集活动截止于2011年3月6日，项目征集要求以及报名表格都已以通知形式发到各班班长手中，有意参加者可与各班班长联系。

机械创新协会2012.2.29

第四篇：机械创新设计大赛全国一等奖说明书

第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛参赛作品

多功能救灾背包设计说明书

设计者：杨凯，徐超，张恩，吴刚亮，杨飞

指导教师：朱育权，万宏强 西安工业大学机电学院

2010年10月

第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

多功能救灾背包

设计者：杨凯，徐超，张恩，吴刚亮，杨飞

指导教师：朱育权，万宏强

（西安工业大学 机电工程学院，西安710032）

摘要：以便捷、实用、高效的解决救灾过程中的运输、医疗救治、住宿、饮食问题的设备为研究对象。提出了一种可分离的四折叠框架结构，再巧妙地配以折叠帆布和帐篷，便制成了一种可运输物资又可变为担架、帐篷的背包。实验结果表明，该设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。关键词：背包；担架；帐篷；多功能；救援避难

作品内容简介

本作品跟据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“救援、避难类机械”。此背包主体为金属框架结构，宽50cm，厚30cm，高70cm，净重8kg。背包状态可用来运送物资。卸下物品后开启侧连接机构，展开背包变为担架，担架长200cm，宽50cm。翻转担架并开启开合装置，揭开粘扣，向两侧拉开担架，拉出帐篷与担架布面结合，再由折叠杆撑起即变为帐篷，底面边长2m×1.8m，高145cm，可容纳三人居住。

此背包设计容量90L，内装供三人三天使用的食物，饮用水及药品。再放入轻薄的防潮垫和三个睡袋以结合帐篷使用。这样每个背包就可解决三个人灾后三天内的基本生存问题，还可用担架将受伤严重的人抬出至附近的基站救治。

联系人：万宏强

联系电话：*** EMAIL：413162931@qq.com 研制背景及意义

在像玉树地震、舟曲泥石流等这类自然灾害发生时，由于道路损毁、大型救援设备数量不足，都会造成很多民众被困重灾区。短期内面临没有食物、饮用水、药品以及住所等问题。没有大型设备的帮助，到达灾区外围的士兵往往没有高效的救援方法，而是以人力一次又一次的向灾区运送单一物资，很难满足灾民短期生存的多种需求。对于这类自然灾害救援过程中存在的问题我们应当考虑如下几点：

1）运送的物资应当具有集成性，以便于之前的统一生产、调配与运输；

2）送入灾区的设备应当尽可能多的解决灾民所面临的各种基本困难，如温饱、住宿以及医疗救治问题；

3）送入灾区的设备除了消耗品外可以反复再利用。

此多功能救灾背包旨在解决灾难刚过，大型救援设备到来前的几天内灾民面临的各种基 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

本困难。它平时可大批量库存，当灾难发生，有民众被困且短时间无法解救时，可将食物和饮用水、医药用品、三个睡袋及防潮垫分别打包，把他们全部装进背包。此背包由救援部队士兵徒步背入灾区（特殊情况可加装降落伞采用空投方式），卸下物品后可将背包变形为三人帐篷，每个背包内的物品则是供给这三人使用的。这样每个背包就可解决三个人灾后两三天内的基本生存问题。如果有需要，还可将背包变形为担架将受伤严重的人抬出至附近的基站救治。设计方案

2.1总体设计构想

为了实现背包的容纳功能与担架的承载功能，背包与担架共用同一金属框架。背包要求金属框架可折叠，担架要求金属框架水平时只能单向折叠。为了使帐篷便于和各种地面固定，担架采用了两端可开合的结构，可将帐篷折叠杆固定在分开的担架框架的四个角上，这样借助担架框架的重量，即使不用地钉帐篷也不会被风吹走。2.2金属框架方案比较

为了使人背负舒适，背包应上不过颈、下不过臀，故背包高度取60~70cm。再根据成年人的负重能力及美观角度考虑，背包厚度取30cm。背包的宽度即担架的宽度，故综合较大的背包宽度尺寸、较小的担架宽度尺寸，定为50cm。根据市场主流担架尺寸，担架的长度取200~210cm。由此产生以下两种方案：

方案一（图1）采用了三对限位铰链来实现担架的折叠，采用了一对30cm的伸缩机构来降低担架变为背包时的高度。此结构担架长度较长，为210厘米，便于躺人。背包高度较低，易于背运。但结构较复杂，不以制造和使用。

方案二（图2）采用了三对限位铰链来实现担架的折叠，这样背包状态的高度有所增加变为70cm，担架的长度也有所减小，变为200cm，基本不影响背包和担架的使用。结构大大简化，制造容易，使用方便。

综合考虑，采用方案二。

图1 方案一

图2 方案二 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

2.3背包侧连接机构方案比较

担架折叠为背包后需要一装置将前后框架连接，如图3红圈处，由此我们设计了侧连接机构。

图3 前后框架连接位置

方案一（图4）中，左右框架采用扁钢折成的矩形框加装可转动的U型弹簧销连接，借助框架管上带卡槽的套管，矩形框便可绕框架径向转动。这样变为帐篷时转动矩形框与地面平行，帐篷便可稳定置于地面。此方案结构较为简单，制造容易，但实验发现背包倾斜时U型弹簧销会脱出，结构不够可靠。

方案二（图5）与方案一类似，但上下都加装了U型弹簧销，中间采用拉簧连接。此方案制造稍费时间，但结构可靠。

综合考虑，采用方案二。

图4 方案一

图5 方案二 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

2.4背包与担架布体方案比较

背包与担架共用同一布体，由于担架变形为帐篷时需要拉伸担架，这样就产生了两种布体的设计，可拆卸式和折叠式。

方案一（图6）布体采用可拆卸式，周围伸出的布块带有粘扣。背包与担架状态布体用粘扣与框架连接，变形帐篷时需卸下布体。其优点在于布体结构简单，轻便。缺点是用粘扣连接承载强度低，由于要拆卸，一体化程度差，不方便携带。

方案二（图7）布体采用折叠式，周围伸出的布块绕过框架管与自身相逢合。背包与担架布体为折叠状态，变形帐篷时展开布体，与帐篷底面相连。其优点在于将所有布整合为一体连接在框架上，易于操作，便于携带，并且为帐篷加厚了底面，使其更加舒适。缺点是结构较为复杂。

综合考虑，采用方案二。

图6 方案一

左图红圈中布体折叠方法示意图

图7 方案二 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书 理论设计计算

3.1总体尺寸设计

此作品最大特点在于背包、担架、帐篷三种状态之间的转换，因此只有设计好各状态的结构尺寸才能合理、协调的实现其功能。

（1）背包外形尺寸：

为了使人背负舒适，背包应上不过颈、下不过臀，故背包高度取70cm。再根据成年人的负重能力及美观角度考虑，背包厚度取30cm。背包的宽度即担架的宽度，故综合较大的背包宽度尺寸、较小的担架宽度尺寸，定为50cm。

（2）担架外形尺寸：

根据市场主流担架尺寸，担架的长度取200cm，两端各留出10cm的距离供人手抓握，因而担架实际承载布面长度为180cm。

（3）帐篷外形尺寸：

根据市场主流三人帐篷尺寸，帐篷底面边长取2m×1.8m，高145cm。（4）结构协调尺寸：

为了满足三种状态之间的转换，各部分的尺寸取值如图８所示。

图8 金属框架结构尺寸示意图

3.2强度与刚度校核

此作品对背包与帐篷的强度设计没有特别要求，必然满足使用条件。担架设计载重120kg，我们参考了市场上性能类似担架的选材，并结合此作品的结构及设计要求对承重管件进行了校核（图9）。第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

担架杆

120kg

图9 担架承重模拟示意图

3.2.1担架杆强度校核

担架框架上，限位铰链和伸缩管的选材强度远大于担架的管材，就承重而言，担架框架可简化为两根1976mm的长直管，担架承载布面受力可视为受均布载荷。

担架杆的受力可以简化为如下简支梁模型，其中L1760mm。

已知：担架杆的材料为铝合金6070，屈服强度s276Mpa，弹性模量E70Gpa，取安全系数s1.2，担架杆的外径为28mm，内径为24mm，设计承受最大重量为120kg，受力如图10所示。

图10 担架杆受力图

（１）计算最大工作载荷 担架承受最大的载荷

Gmg12010N1200N

单根担架杆承受的最大载荷 G1200FN600N

22均布载荷 F600NNqm340.91m

L1.76（２）计算支座反力 由载荷的对称性可知：

F600FRAFRBN300Ｎ 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

（３）计算剪力F和弯矩M（（sx）sx）剪力Fs(x)FRAqx

1弯矩Ms(x)FRAxqx2

2（４）画出剪力图和弯矩图如图11所示。

图11 担架杆剪力、弯矩图

（５）计算最大弯曲正应力 对Z轴的惯性矩

d428424Iz[1()][1()4]1.39104mm4

64D6428D4抗弯界面系数

Iz1.39104Wmm3992.86mm3

ymax14最大弯曲正应力 M132maxmaxpa132.94Mpa

W992.86109（６）校核担架杆的强度 许用弯曲应力

s276Mpa230Mpa

s1.2显然max[]，满足强度要求。

3.2.2担架杆的刚度计算

由以上简化模型可知，在担架承受最大载荷状态下的最大变形量（挠度）为：

5qL45340.911.76max0.044m4.4cm 32384EIz38470101.3910由此，担架的最大弯曲变形为4.4cm，并且出现在担架杆的中心位置，完全满足使用要求。第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

3.3部分工程图

图12 开和装置外套

图14 卡环

图13 开和装置内套

图15 挡圈

第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书 工作原理及性能

4.1工作原理

下面对背包变为担架，再变为帐篷的过程予以说明。

（1）如图16为背包状态。黑色的带子为固定带，背包状态时可约束包体，担架状态可固定伤员。

（2）揭开背包盖，打开侧连接机构(图17)，揭开背包两侧的粘扣，展开背包，变为担架（图18）。这时侧连接机构为担架的四个支座，如图19所示。

图16 背包

图17 侧连接机构

图18 担架

图19 担架支座 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

（3）翻转担架，将侧连接机构扭转90°与地面平行，用于帐篷和地面的固定。（4）取出折叠干，翻起帐篷包（图20），打开两端的螺纹开合装置（图21），将担架分为两部分，揭开粘扣，向两侧拉开担架，如图22所示。

图20 帐篷包

图21 开合装置

图22 拉开担架 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

（5）铺开帐篷，与担架地面用拉链拉合。接好两根折叠杆，插入四个角框架上的圆孔中，如图23所示。

图23 帐篷折叠杆安装图

（6）拉起帐篷布体，与折叠杆绑定，及变为帐篷，如图24所示。

图24 帐篷

4.2性能

（1）背包宽50cm，高70cm，厚30cm，自重约8kg，设计容量90L。（2）担架长200cm，承载布面长180cm，宽50cm，设计承重120kg。（3）帐篷底面边长为2m×1.8m，高145cm，可容纳三人居住。第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书 实物照片

背包、担架和帐篷实物图分别见图25-27。

图25 背包 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书

图26 担架

图27 帐篷 第四届全国大学生机械创新设计大赛作品设计说明书 创新点及应用

6.1创新点

1）将与救援、避难有关的三件设备巧妙的结合了起来，独立解决了救灾过程中的一系列问题。

2）四折叠可分离框架结构、侧连接机构、开合装置的创新设计。

3）采用时间分离原理的设计及布置，实现了侧连接机构、帆布、固定带在不同状态下的不同功能。6.2应用

此多功能救灾背包可大批量库存。地震、洪水、山崩、泥石流等自然灾害发生时，可集成放入卧具、食品、药品，供救援人员使用。可以解决灾后中小规模的物资运输、被困灾民的医疗救治、伤员的转移，以及被困灾民的住宿这一系列问题。

除救灾外还可用于几个人的户外徒步旅行。

此背包重量轻、制造容易、使用方便，单件制造成本为480元，批量化生产成本还可降低，有良好的市场前景。

参考文献

[1] 濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社.2006 [2] 张占新．材料力学．西安：西北工业大学出版社．2005 [3] 于永泗，齐民．机械工程材料．大连：大连理工大学出版社．2007 [4] 机械设计手册编委会．机械设计手册．北京：机械工业出版社．2005 [5] 大连理工大学工程图学教研室．机械制图（第六版）．北京：高等教育出版社．2007

第五篇：机械创新设计大赛

关于于举办浙江大学宁波理工学院第七届机械设计大赛暨第五届全国大学生机械创新设计大赛预赛的通知

为了培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神,加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、机械设计和工艺制作等实际工作能力。按照全国大学生机械创新设计大赛组委会《第五届全国大学生机械创新设计大赛主题与内容的通知》（第1号通知）决定在全校范围内举办举办浙江大学宁波理工学院第七届机械设计大赛及全国赛预赛，择优选拔参加2012年第五届全国大学生机械创新设计大赛浙江赛区比赛并同时参加浙江大学举办的竞赛，具体通知如下：

一、参赛对象：浙江大学宁波理工学院全日制本科生（含2012届毕业生）

二、竞赛主题、内容及要求

1．竞赛主题：“幸福生活——今天和明天”。

2．竞赛内容：休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作。

学生们可根据对日常生活的观察，或根据对未来若干年以后人们的生活环境和状态的设想，设计并制作出能够使人们的生活更加丰富、便利的机械装置。

家庭用机械指“对家庭或宿舍内物品进行清洁、整理、储存和维护用机械”。休闲娱乐机械指“机械玩具或在家庭、校园、社区内设置的健康益智的生活、娱乐机械”。凡参加过本赛事以前比赛的作品原则上不得再参加本届比赛；如果作品在功能或原理上确有新的突破和创新，参赛时须对突破和创新之处做出说明。3．竞赛作品要求：

所有参加决赛的作品必须与本届大赛的主题和内容相符，与主题和内容不符的作品不能参赛。参赛作品必须以机械设计为主，提倡采用先进理论和先进技术，如机电一体化技术等。对作品的评价不以机械结构为单一标准，而是对作品的功能、设计、结构、工艺制作、性能价格比、先进性、创新性等多方面进行综合评价。在实现功能相同的条件下，机械结构越简单越好。

作品的选评采用综合评价，一般从以下几个方面进行评价：(1)选题评价①新颖性 ②实用性 ③意义或前景

(2)设计评价①创新性 ②结构合理性 ③工艺性 ④先进理论和技术的应用 ⑤设计图纸质量

(3)制作评价①功能实现 ②制作水平与完整性 ③作品性价比(4)现场评价①介绍及演示 ②答辩与质疑

三、竞赛日程安排

1、竞赛报名：各参赛队将参赛队员名单及联系方式于2011年10月28日11:30之前报至机能分院教务办公室（NA410）章斌老师处。

2、开幕式：要求所有参赛学生必须参加开幕式。时间地点另行通知。内容：

（1）开幕式上布置竞赛任务，并邀请命题老师对竞赛题目进行讲解，接受同学的提问；（2）介绍往届全国、浙江省和浙江大学大学生机械设计竞赛概况。

3、理论方案设计：2011年10月24日～2011年11月17日。参赛学生必须在2011年11月16日12:00前将理论设计方案书（封面见附件）一式二份送交机能分院教务办公室（NA410）,逾期不与受理。

4、理论方案评审：2011年11月18日～2011年11月27日。

5、实物（模型）制作：2011年11月28日～2012年3月31日（各参赛队自行安排）。

6、实物（模型）评审：2011年3月25日～2011年4月5日(具体时间地点另定)，优秀作品推荐参加浙江大学第十七届机械设计竞赛决赛（2012年4月中旬）及2012年第五届全国大学生机械创新设计大赛浙江赛区比赛（2012年5月中旬）。

四、奖励

1、奖项：

一、二等奖，三等奖，参赛奖。单项奖：最佳创意奖、最佳造型奖。

2、根据《浙江大学宁波理工学院大学生学科竞赛工作管理办法》文件精神进行奖励。

五、模型制作经费

学院给与进入实物（模型）制作的队提供一定的经费资助。未得到学校经费资助的参赛队，自行完成作品制作的也可参加决赛，获竞赛等级奖的队，可获得一定的经费补助。

机电与能源工程分院 2011年10月24日