如何寫機械創新設計說明

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Ⅲ 機械創新設計的介紹

《機械創新設計》是普通高等教育「十一五」國家級規劃教材，是作者根據多年來為清華大學本科生開設「機械創新設計」課程的教學內容編寫的。全書共9章，內容包括：緒論、機械創新設計的表達方法、機械創新設計的選題、功能原理創新設計、機構創新設計、結構創新設計、一般創新設計技法、創造力開發和創新失誤分析。從選材和內容安排上力圖通過向讀者介紹創新設計方法和成功的機械創新設計實例，提高讀者對參與機械創新設計實踐的興趣和自信心。

Ⅳ 機械創新設計論文

淺談機械創新設計中的反求設計
摘要：介紹了機械創新設計中反求設計的定義、反求對象的分析內容及反求設計的一般方法和步驟，並詳細說明三種反求設計的內容和具體方法。
關鍵詞：創新設計 反求設計 反求對象 反求工程
反求設計(也稱逆向設計)是設計人員以先進設備的軟體(圖樣、程序、技術文件)、影像(圖片、照片等)和實物作為研究對象，應用現代設計理論方法、人機工程學等有關專業知識，進行系統的分析和研究，進而開發出同類的先進產品的過程。
1 對反求對象的分析
在進行反求設計前，首先要對反求設計的對象(全文簡稱反求對象)進行分析。
1．1 對反求對象的設計指導思想和功能原理的分析
產品的設計指導思想決定了產品的設計方案，深入分析並掌握產品的設計指導思想是分析了解整個產品設計的前提。充分了解反求對象的功能有助於對產品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在進行反求設計時得到基於原產品而又高於原產品的原理方案。
1．2 對反求對象材料的分析
對反求對象材料的分析包括了材料成分的分析、材料組織結構的分析和材料的性能檢測幾大部分。反求對象材料分析的過程如下：

圖1反求對象材料分析的過程
在對反求對象進行材料分析時，要充分考慮到材料表面的改性處理技術。
1．3 對反求對象的工藝和裝配的分析
反求設計和反求工藝是相互聯系的，缺一不可。在缺乏製造原型產品的先進設備與先進工藝方法和未掌握某些技術技巧的情況下，對反求對象進行工藝分析通常採用以下幾種常用的方法。
(1)採用反判法編制工藝規程。以零件的技術要求如尺寸精度、形位公差、表面質量等為依據，查明設計基準，分析關鍵工藝，優選加工工藝方案，並依次由後向前遞推加工工序，編制工藝規程。
(2)改進工藝方案，保證引進技術的原設計要求。在保證引進技術的設計要求和功能的前提條件下，局部地改進某些實現較為困難的工藝方案。
(3)用曲線對應法反求工藝參數。先將需分析的產品的性能指標或工藝參數建立第一參照系，以實際條件建立第二參照系，根據已知點或某些特殊點把工藝參數及其有關的量與性能的關系擬合出一條曲線，並按曲線的規律適當拓寬，從曲線中找出相對於第一參照系性能指標的工藝參數，即是需求的工藝參數。
(4)材料國產化，局部改進原型結構以適應工藝水平。由於材料以及工藝對加工方法的選擇起決定性作用，所以，在無法保證使用原產品的製造材料時，或在使用原產品的製造材料後，工藝水平不能滿足要求的情況下，可以使用國產化材料，以適應當前的工藝水平。對反求對象進行裝配分析，應主要考慮：用什麼裝配工藝來保證產品的性能要求，能否將原產品的若干個零件組合成一個部件，如何提高裝配速度等。
1．4 對反求對象精度的分析
產品的精度直接影響到產品的性能，對反求對象精度的分析包括了對反求對象形體尺寸的確定、精度的分配等內容。在確定形體尺寸時，根據反求對象軟體、影像或實物的不同，所選用的反求方法也有所不同。若是實物反求，則可通過常用的測量設備(如萬能量具、投影儀、坐標機等)對產品直接進行測量，以確定形體尺寸；若是軟體反求和影像反求，則可採用參照物對比法，利用透視成像的原理和作圖技術並結合人機工程學和相關的專業知識，通過分析計算來確定形體尺寸。在進行精度的分配時，根據產品的精度指標及總的技術條件、產品的工作原理圖，並且綜合考慮生產技術水平、產品生產的經濟性和國家技術標准等，按以下步驟進行：明確產品的精度指標；綜合考慮理論誤差和原理誤差，進行產品工作原理設計和安排總體布局；在完成草圖設計後，找出全部的誤差源，進行總的精度計算；編寫技術設計說明書，確定精度；在產品的研製、生產的全過程中，根據實際生產情況，對所作的精度分配進行調整、修改。
1．5 對反求對象造型的分析
產品造型設計是產品設計與藝術設計相結合的綜合性技術。其主要目的是運用工業美學、產品造型原理、人機工程學原理等對產品的外形造型、色彩設計等進行分析，以提高產品的外觀質量和舒適方便程度。例如，在數控系統的設計中，就要充分考慮到數控系統的顯示器的布局問題，圖形和漢字顯示問題，數控系統操作面板的造型和色彩問題，各個功能操作按
鍵的造型、色彩、布局及操作的方便性問題等等。
1．6 對反求對象系列化與模塊化的分析
分析反求對象時，要考慮到所引進的產品是否已經系列化，是否為系列型譜中的一個，在系列型譜中是否具有代表性，產品的模塊化程度如何等具體問題，使得在設計製造時少走彎路，提高產品質量，降低成本，生產出多品種、多規格、通用化較強的產品，從而提高產品的市場競爭力。
2 反求設計的研究內容與方法
2．1 軟體反求設計法
軟體反求設計法是以產品的樣本資料、產品標准、產品規范以及與設計、研製、生產製造有關的技術資料和技術文件等為研究對象的反求工程技術。軟體反求設計的目的是通過對所引進的如上所述的技術軟體的分析、研究，提高本國在該產品技術上的設計、生產製造能力。軟體反求設計的組成如圖2所示。

圖2 軟體反求設計的內容
2．2 影像反求設計法
影像反求設計是以產品照片、圖片、影視畫面等參考資料為對象來進行分析設計的。其內容見圖3。
在運用影像反求設計的方法進行分析、設計時，由於研究對象主要是產品的外觀圖片、畫面、影像等，很難甚至無法了解到產品的內部結構。為此，在進行設計時，要求工程技術人員必須掌握相應的理論和分析方法，如中心投影規律，透視變換和透視投影，透視圖的形成原理、色彩、陰影等相關知識。影像反求設計法的設計步驟：廣泛地收集參考資料；多方面分析、研究參考資料；設計產品的方案；評價方案；設計反求技術。

圖3 影像反求設計的主要內容
2．3 實物反求設計法
實物反求設計法的研究對象為引進的比較先進的設備或產品實物，其目的是通過對產品的設計原理、結構、材料、工藝裝配等進行分析研究，研製開發出與被分析產品功能、結構等方面相似的產品。實物反求設計是一個認識產品—再現產品—超越原產品的過程。
實物反求可分為對整個設備的反求(即整機反求)、對組成機器的部件的反求(即部件反求)和對機器零件的反求(即零件反求)三個組成部分。實物反求設計的過程如圖4所示。

圖4 實物反求設計法的過程
實物反求設計法一般是通過三坐標測量機或激光掃描機等先進的數據採集設備獲取復雜零件的三維數據點，然後利用反求軟體進行數據點處理，實現由點一線一面的CAD三維模型設計。所以，軟體反求設計法主要包含兩項內容，一是實物模型表面數據點的獲取，即數字化技術，二是曲面造型技術。
3 結語
反求技術與NC加工技術相結合稱之為反求工程。目前常用的方法是實物反求設計法即針對現有工件(樣品或模型)利用3D數字化測量儀器准確、快速地量取輪廓坐標值，並加以建構曲面，對曲面進行編輯、修改後，傳到CAD~CAM系統，再由CAM所產生刀具的NC加工路徑送至CNC加工製作所需模具，或者送到快速成型機(Rapid Prototyping)將樣品模型製作出來。反求工程技術為快速設計和製造提供了很好的技術支持，它已經成為製造業信息傳遞的重要而簡潔的途徑之一。
參考文獻
[1] 張春林.機械創新設計[M].北京：機械工業出版社，2007
[2] 張美麟.機械創新設計[M].北京: 機械工業出版社，2005.
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[4] 羅紹新.機械創新設計[M].北京: 機械工業出版社，2005.

Ⅳ 機械創新設計大賽作品及說明書樣本

：作品背景（國內外相關研究現狀）、設計製作中解決的關鍵技術問題的描述、作品實物或模型的照片、創新特色、預計應用前景等]

Ⅵ 機械創新設計大賽作品簡介怎麼寫

作品內容簡介 本作品是一張方便老年人或者腿腳不便的人站立的椅子。主要是通過使用者上肢的運動來帶動一面的動作，從而可以調整人的坐姿與重心，來減少下肢的運動來實現站立姿勢。本機構主要用到了平面連桿以及其它一些機械結構來實現椅面的調整，來帶動使用者的行動。並且如果使用者需要的話，在坐下來的時候也可以起到減少其下肢運動的作用。
主要創新點 我們主要是考慮到老年人或者其他腿腳不方便的人群，在站起來的時候總是很費力；而且往往在坐下來的過程中也是一屁股就坐了下去。為了改變這樣的狀況，我們將人站立過程中的手腳並用，該為手起到主要作用，方便特殊人群。
推廣應用價值 我們的社會對老年人的關愛漸見凸現，在這樣的背景下，對老年人日常行動的關愛也就更為重要了。而且對於特殊群體，比如下肢受傷，殘疾等等的人群，我們的設計也可以助他們一臂之力。方便了使用者日常行動，而且也減輕了子女或者看管人的看護負擔。這樣的話，他們坐下就不愁再站起來了。
2 自動攙扶助步車
參賽學校：青島大學
參 賽 者：王新剛、曹志強、鄭虎階、徐晟、孫海峰，指導教師：師忠秀、龐嚴英
作品內容簡介 本產品主要應用於腿部殘疾、腿部骨折處於恢復期的病人。主要運用了自動檢測和電器控制的原理；巧妙地將助步車和動力裝置結合起來，實現了動力助步；並添加了單片機系統、光電檢測裝置以及繼電器，可以自動檢測病人的行動意圖，並且實現了車隨人動。該車充分考慮了不同使用者的需要，設置了多種不同的工作模式；另外，本車增添了多處人性化設計及安全保護措施，結構簡單、操作方便、產品的可靠性高；創新地利用支撐板代替雙拐，這樣可以減輕病人長時間拄拐帶來的勞累；由於該車操作的方便性以及車身對人體的攙扶作用，病人可以獨立使用，從而大大減輕家人及護士的負擔。基本技術指標：1、整車指標：速度0~0.5m/s連續可調；電機：DC12V、46rpm、P=15W。電源：12V、14Ah； 光電開關：檢測距離：0.1m/0.3m、DC 6～36V。
主要創新點 （1）系統能夠自動檢測人體的行動意圖並自動啟動相關系統進行動力助步；（2）本車實現了車隨人動，提高了使用者的方便性和舒適性；（3）本車實現了在一定范圍內的無級變速；（4）本車採用了多種工作模式以適應不同的使用人群；（5）獨特的控制電路大大簡化了控制系統；（6）多處人性化設計和安全措施，使本車更安全實用；（7）病人可以獨立使用，從而減輕了家人及護士的護理負擔。
推廣應用價值 該車的應用前景非常廣闊，可應用於醫院的康復中心、也可提供給殘疾人使用、還可以應用於行動不便的老年人，用於攙扶助步。
3 語音識別控制的多自由度欠驅動助殘機械手
參賽學校：上海交通大學
參 賽 者：李順沖、揚飛鴻、陳侃、黃俊傑，指導教師：高雪官
作品內容簡介 為了盡量能使機械手與人手大小相仿，同時也為了體現欠驅動手的優勢，機械手將通過一個電機驅動，通過差分機構自適應地分配動力，差分機構與電動機可藏入手掌和手腕內。手指的結構：我們的機械手共使用4個手指，分別為拇指、食指、中指和小指。除拇指外，其他每個手指尺寸均相同，這樣就可以模塊化設計、加工，可以互換，也可以根據實際需要增減機械手的手指數。食指、中指和小指這三個手指每個手指都由三個指節組成。拇指結構與其他三指基本相同，但只有兩個指節。彈性推桿差分機構：由於只使用一個電機驅動各個手指，為了使驅動力可以自適應地分配到各手指，需要一套驅動力差分機構。我們的方案是這樣的。滑塊安裝於手掌內的導軌中，通過一個絲杠-螺母機構驅動，可以沿導軌做往復運動。滑塊與手指間通過彈性推桿來連接。在滑塊向前運動過程中，當各個手指沒有接觸物體時，彈性推桿不收縮，可以看作是一剛性桿，驅動各手指運動。
主要創新點 所謂的欠驅動就是指機構的驅動數目少於自由度數目。我們的機械手就運用了欠驅動抓握原理，由一個電機驅動全部的四個手指（共11個關節）實現對物體的抓握，這種機械手在抓握時能夠很好地適應物體的形狀。機械手的大小與人手相仿，同一般的靈巧機械手相比雖然功能有所減少，但在同樣完成抓握動作的情況下，它的結構更簡單，重量更輕，體積更小。
推廣應用價值 能夠採用語音進行控制的欠驅動機械手，操作簡單，使用方便，價格低廉，必然能為手部殘疾的人士帶來福音。
4 多功能助食裝置
參賽學校：廣東工業大學
參 賽 者：陳其慶、陳志忠、劉智勇、賴錦濤、何影冰，指導教師：傅惠南、呂志強
作品內容簡介 為了填補市場上並沒有靠用腳控制來實現進餐的器械的空缺，我們設計出本裝置，同一種動力輸入，輸出多種功能。由腳控制，能夠幫助進餐，翻書等功能。它由底座、支撐柱、桌面、轉台、遞送裝置、自動復原機構、翻書裝置和腳踏組成。助食的操作步驟有：1、對轉台控制腳踏施力，通過軟剎線傳動，驅動分度機構旋轉帶動餐桌轉動，實現食物選取；2、對遞送裝置的控制腳踏持續輸入動力，通過軟剎線傳動，令遞送裝置上的機械臂先往下擺動一定角度再下降到菜的位置；3、對夾子控制腳踏施力，控制夾子的張開與夾緊，使其夾住食物；4、緩慢撤消對遞送裝置的動力，機械臂回復到原來位置，實現送菜；5：對夾子控制腳踏施力，使夾子松開食物。翻書的操作步驟是：首先利用手臂中滑塊的直線向下運動使吸盤吸緊書，然後利用吸盤的吸力和滑塊向上運動使書提到一定高度，接著利用裝在轉台下的翻書桿和轉台的轉動使書翻過。
主要創新點 （1）理念新：是獨特的靠腳控制進餐的新裝置。且同一動作輸入，輸出多種功能。（2）實現方式新：採用簡單的機構實現復雜的功能，結構巧妙，操作簡便，表現在：設計出僅由一控制項分時序控制兩個自由度動作的新機構，取代傳統的一個控制對應一個自由度的做法；採用轉台旋轉來食物代替傳統的用機械手選取食物；使用集夾菜夾飯兩個功能於一體的夾子，取代傳統的筷子和勺子；使用軟剎線傳動代替復雜的傳動機構；採用彈簧復原，實現一控制項控制兩個相反方向的運動。
推廣應用價值 目前，市場上並沒有靠用腳控制來實現吃食物的器械，為了填補市場空缺，同時克服現有助殘裝置功能單一、結構復雜的缺點，我們設計出本裝置，用腳控制，不僅能夠幫助進餐、翻書、和練習玩打擊樂器等多種功能，而且結構簡單，操作簡便。它能幫助雙手殘疾人解決「吃飯難」和翻書難的問題，避免直接用腳吃飯和翻書的尷尬與不便，美化了他們的生活，以及豐富了他們的精神生活。總之，它的出現，將會為雙手不便利的人帶來了另一種新生活。
5 基於角度主動控制的機械助殘腿
參賽學校：上海交通大學
參 賽 者：徐立文、盧天明、盧煒、袁興亮、毛文超，指導教師：殷躍紅
作品內容簡介 現在市面上銷售的智能假肢大多非常昂貴，而且適應性和穩定性都不理想。對於原本就肢體殘疾且生活困難的殘疾人，他們更需要一種簡單易用價格便宜的假肢。我們的作品就是定位於給這個特殊人群提供的廉價，且相對功能強大的假肢。我們製作的是膝關節離斷的下肢，主要包括大腿，膝蓋，小腿。市面上被動的多軸假肢已經非常成熟，且有相對標准化的零配件。所以我們的作品即是在現有的成熟產品基礎上，添加電自鎖及自動釋放的功能。
主要創新點 膝關節我們採用四連桿機構，可以非常逼真的模仿出人體膝關節軟組織的運動軌跡，並且在運動角度最大的軸上安裝電磁多片離合器，通過安裝在小腿上的壓力感測器，控制其開啟或閉合。當壓力感測器感覺到人體重量時，離合器閉合，關節鎖死，無法繼續彎曲，但通過軸上的單向軸承可以繼續伸直。當壓力感測器沒有壓力時，離合器打開，關節放鬆，同時由一根彈簧使小腿抬起一個小角度，假肢可以完成步行中的甩腿動作。這樣可以最大程度的改善假肢行走時的不自然動作，使行走姿態盡可能接近正常人。
推廣應用價值 假肢的行走姿態最大限度地接近正常人運動，對於殘疾人輔助行走可謂意義重大，市場前景看好。
6 全自動翻書機
參賽學校：海軍工程大學
參 賽 者：蘇傑、閻洪波、龍坤雄、侯文姝，指導教師：嚴承華、金傳喜
作品內容簡介 本產品主要為不方便用手翻書的殘疾朋友設計。該翻書機由載書台、控制箱組成。載書台由電磁式書夾和載書板構成。控制箱由吸紙裝置、翻頁裝置（同步帶、同步帶輪、翻書棒）、電動機和控制電路構成。控制電路以AT89s52單片機為核心。工作原理：以順序翻書為例，控制腳動開關或聲控裝置，則右邊的書夾松開，吸紙裝置吸起書的一角，然後由同步帶的傳動帶動翻書棒翻起一頁紙，右邊的書夾合上。翻書棒將該頁紙翻到左邊時，左邊的書夾打開再合上，完成一次翻頁，裝置回到初始位置准備下次翻頁。反向翻書時，原理相同。本產品使用220伏交流電源即可。
主要創新點 （1）吸頁裝置是根據流體力學的「負壓原理」，使用電腦散熱風扇製作出來的，效果非常好；（2）翻書棒的動作設計：使用同步帶傳動帶動固定在同步帶上的翻書棒平動，翻頁平穩，正反向傳動比較可靠；（3）在書夾的設計上妙地將夾子的機械部分和電磁鐵結合在一起，只需通斷電就可以控制書夾的開合，簡單好用；（4）相對於純機械的翻書機，該設計採用單片機控制，實現了自動化、機電一體化。殘疾朋友只需用腳或者其他部位觸動開關，即可完成翻書動作。
推廣應用價值 第一、該作品可以實現自動翻不同大小，不同厚度的書籍。能夠很好地滿足雙手殘疾的人看書學習的需求。第二、該作品全部由簡單的零部件組成，加工工藝要求不高，且部分使用標准件，互換性好。第三，該設計成本低廉，廠家有一定的利潤空間。另外，該作品不僅可以供手臂殘疾者使用，也可以供那些因某種原因不方便用手的人使用，如因病暫時不方便用手的人。而且其原理可以推廣到翻譜、復印等產品里。因此該作品具有非常廣闊的應用前景。