大学生课外科技创新竞赛获奖作品精析.pdf

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书籍描述

目录
凝心聚力,帮助大学生科技创新起跑和腾飞(代序)
前言
第1章 新型多用途反恐防暴机器人 1
1.1 作品研究的背景及意义 1
1.2 作品概述 2
1.2.1 研究内容概述 2
1.2.2 技术指标 4
1.3 关键技术 4
1.3.1 结构造型技术 4
1.3.2 机器人视觉技术 9
1.3.3 铅酸动力电池组技术 14
1.3.4 控制与无线通信技术 19
1.3.5 机器人研发实验 30
1.4 主要创新点及取得的成果 33
1.4.1 作品主要创新点 33
1.4.2 作品取得的成果 33
1.5 总结与展望 33
1.5.1 作品研发工作总结 33
1.5.2 作品应用范围及前景分析 35
参考文献 35
第2章 新型特种搜救机器人 36
2.1 作品研究的背景及意义 36
2.2 作品概述 38
2.2.1 研究内容概述 38
2.2.2 技术指标 40
2.3 关键技术 40
2.3.1 结构造型技术 40
2.3.2 机器人视觉系统 43
2.3.3 电源系统控制技术 48
2.3.4 运动控制技术 52
2.3.5 无线通信技术 60
2.4 主要创新点及取得的成果 62
2.4.1 作品主要创新点 62
2.4.2 作品取得的成果 63
2.5 总结与展望 63
2.5.1 作品研发工作总结 63
2.5.2 成果应用范围及前景分析 64
参考文献 64
第3章 新型轮腿式机器人 66
3.1 作品研究的背景及意义 66
3.2 作品概述 68
3.2.1 研究内容概述 68
3.2.2 技术指标 69
3.3 关键技术 70
3.3.1 机器人结构设计 70
3.3.2 机器人步态分析 74
3.3.3 机器人控制系统设计 78
3.3.4 机器人运动仿真与样机实验 87
3.4 主要创新点及取得的成果 91
3.4.1 作品主要创新点 91
3.4.2 作品取得的成果 92
3.5 总结与展望 92
参考文献 93
第4章 新型节肢机器人 94
4.1 作品研究的背景及意义 94
4.2 作品概述 95
4.2.1 研究内容概述 95
4.2.2 技术指标 98
4.3 关键技术 98
4.3.1 结构设计技术 98
4.3.2 控制系统与多轴运动控制技术 102
4.3.3 步态控制理论与技术 108
4.3.4 传感探测技术 110
4.3.5 无线通信技术 112
4.3.6 电源管理技术 113
4.3.7 软件程序开发技术 114
4.4 主要创新点及取得的成果 117
4.4.1 作品主要创新点 117
4.4.2 作品取得的成果 117
4.5 总结与展望 117
参考文献 118
第5章 新型仿生六足机器人 123
5.1 作品研究的背景及意义 123
5.2 作品概述 124
5.2.1 研究内容概述 124
5.2.2 技术指标 125
5.3 关键技术 125
5.3.1 典型昆虫观测试验 125
5.3.2 机器人结构设计 133
5.3.3 机器人运动学分析 137
5.3.4 机器人控制系统 144
5.3.5 机器人传感探测技术 151
5.3.6 机器人原理样机试验 164
5.4 主要创新点及取得的成果 170
5.4.1 作品主要创新点 170
5.4.2 作品取得的成果 171
5.5 总结与展望 171
5.5.1 作品研发工作总结 171
5.5.2 作品应用范围及前景分析 172
参考文献 172
第6章 新型工业焊接机械臂 174
6.1 作品研究的背景及意义 174
6.2 作品概述 174
6.2.1 研究内容概述 174
6.2.2 技术指标 176
6.3 关键技术 176
6.3.1 机械结构设计 176
6.3.2 嵌入式控制系统设计 180
6.3.3 运动控制算法设计 187
6.3.4 上位机软件设计 207
6.3.5 运动控制算法实验 216
6.4 主要创新点及取得的成果 225
6.4.1 作品主要创新点 225
6.4.2 作品取得的成果 226
6.5 总结与展望 226
6.5.1 作品研发工作总结 226
6.5.2 展望 227
参考文献 227
第7章 边缘救援平台 229
7.1 作品研究的背景及意义 229
7.2 作品概述 230
7.2.1 研究内容概述 230
7.2.2 技术指标 231
7.3 关键技术 232
7.3.1 救援平台工作流程 232
7.3.2 拖拽系统设计计算 233
7.3.3 救援担架系统设计 238
7.3.4 自平衡控制系统 241
7.4 主要创新点及取得的成果 245
7.4.1 作品主要创新点 245
7.4.2 作品取得的成果 245
7.5 总结与展望 246
参考文献 246
第8章 千足虫宠物机器人 248
8.1 作品研究的背景及意义 248
8.2 作品概述 248
8.2.1 研究内容概述 248
8.2.2 技术指标 249
8.3 关键技术 249
8.3.1 机械结构设计 249
8.3.2 运动仿真及步态设计 259
8.3.3 控制系统硬件电路设计 263
8.3.4 控制系统软件程序设计 273
8.4 主要创新点及取得的成果 276
8.4.1 作品主要创新点 276
8.4.2 作品取得的成果 277
8.5 总结与展望 277
8.5.1 作品研发工作总结 277
8.5.2 作品应用范围及前景分析 278
参考文献 278
第9章 “外骨骼”智能健身与康复机器人 280
9.1 作品研究的背景及意义 280
9.2 作品概述 283
9.2.1 研究内容概述 283
9.2.2 技术指标 285
9.3 关键技术 285
9.3.1 人体解剖学与肢体运动机理分析技术 285
9.3.2 机构设计技术 289
9.3.3 控制与驱动系统 301
9.3.4 安全保护装置 306
9.4 主要创新点及取得的成果 308
9.4.1 作品主要创新点 308
9.4.2 作品取得的成果 309
9.5 总结与展望 309
9.5.1 作品研发工作总结 309
9.5.2 展望与规划 310
参考文献 311
第10章 高处空间物品存放及管理系统 313
10.1 作品研究的背景及意义 313
10.2 作品概述 315
10.2.1 研究内容概述 315
10.2.2 技术指标 316
10.3 关键技术 316
10.3.1 系统设计方案 316
10.3.2 机械结构设计 318
10.3.3 控制电路设计 328
10.3.4 驱动程序设计 332
10.3.5 系统软件开发 334
10.4 主要创新点及取得的成果 344
10.4.1 作品主要创新点 344
10.4.2 作品取得的成果 345
10.5 总结与展望 345
10.5.1 作品研发工作总结 345
10.5.2 作品应用范围及前景分析 345
参考文献 346
第11章 壁面清洁智能机器人 347
11.1 作品研究的背景及意义 347
11.2 作品概述 348
11.2.1 研究内容概述 348
11.2.2 技术指标 348
11.3 关键技术 349
11.3.1 机器人结构设计 349
11.3.2 履带吸盘式行走装置力学分析 357
11.3.3 机器人控制系统设计 359
11.4 主要创新点及取得的成果 362
11.4.1 作品主要创新点 362
11.4.2 作品取得的成果 362
11.5 总结与展望 363
11.5.1 作品研发工作总结 363
11.5.2 作品应用范围及前景分析 363
参考文献 364
附录 365
附录A 轻型履带式机动平台减震悬挂装置专利 365
附录B 轻型履带式机动平台履带自动张紧装置专利 367
附录C 小型四履带移动机器人驱动装置专利 369
附录D 小型六履带全地形移动机器人专利 374
附录E 仿生多关节型机器人腿部驱动传动装置专利 383
附录F 多足式机器人足端压力传感器专利 386
附录G 一种适用于特种机器人的超声波测距系统专利 389
附录H 一种基于模块化的多关节链节式机器人专利 393
附录I 一种节肢机器人的轮腿式运动足设计专利 398
附录J 外骨骼穿戴式健身与康复机专利 404
附录K 穿戴式腰背部健身与康复机专利 415
附录L 室内高处空间物品存放及管理系统专利 422
附录M 履带吸盘式壁面清洁机器人专利 427
附录N 一种可用于爬壁机器人的履带吸盘组合式行走装置设计专利 433

序言
广泛、深入、成功地开展大学生课外科技创新活动是我国高等教育创新型人才培养目标的重要体现,其作用和意义十分重大。当前,我国各高等院校及各专业学科都十分重视大学生课外科技创新活动的开展与实施,都把这种活动看成是促进大学生创新型人才培养的加速器和孵化器。作者及其学术团队坚持大学生课外科技创新指导工作已有多年,在指导大学生课外科技创新活动方面成果丰富、水平突出,所指导的大学生课外科技创新项目获得过多项国家级奖项,罗庆生教授、韩宝玲教授也是国内最著名的大学生课外科技创新活动指导专家。
一个国家、一个民族、一个社会、一个团队,其发展前景与创新密切相关,而创新需要创新型人才;创新型人才除了需要创新意识、创新精神、创新激励以外,还需要创新思考、创新实践和创新训练。为了提升我国大学生在开展课外科技创新活动时的创新思考水平、创新实践能力和创新训练难度,使更多的大学生在开展课外科技创新活动时有经验可以借鉴、有方法可以参考、有技术可以复制、有成果可以移植,我们精选了近年来由团队主要成员指导的在“挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛”、“全国大学生创新性实验计划项目竞赛”、“全国大学生机械创新设计大赛”中大放异彩、引领潮流的11项获奖作品,将其研究背景、立项依据、主体思路、关键技术、创新成果编撰成书,以飨读者。
本书介绍的这些作品因完善的功能配备、独特的方案设计、巧妙的结构安排、合理的决策规划、优异的运动特性、稳定的性能表现、高效的控制机理、新颖的感测技术、完备的能源管理、科学的实验方法、有益的经验体会、广阔的应用前景而引人入胜。本书以这些作品的研发思路为主线,核心技术为依托,创新成果为抓手,总结团队在指导大学生课外科技创新活动中设计的新理念、探索的新思路、研发的新技术、实验的新方法、工作的新成果,系统地介绍给读者,以推动大学生课外科技创新活动在我国各高等院校更加普及、更加深入的开展。
本书所述作品的研究背景、设计理论、基本构成、机构特点、运动特性、关键技术、创新成果是作者根据实践工作总结而成,展示了大学生课外科技创新活动的水平和成果,也代表着作者对大学生课外科技创新活动的认识与把握。本书在介绍和论述过程中着力突出大学生课外科技创新活动的新理念、新技术、新方法和新成果,以期对从事课外科技创新活动的大学生们能够有所助益和启发。
本书共十一章,系统阐述了“新型多用途反恐防暴机器人”、“新型特种搜救机器人”、“新型轮腿式机器人”、“新型节肢机器人”、“新型仿生六足机器人”、“新型工业焊接机械臂”、“边缘救援平台”、“千足虫宠物机器人”、“‘外骨骼’智能健身与康复机器人”、“高处空间物品存放及管理系统”和“壁面清洁智能机器人”的研究背景及意义、作品概述、关键技术、主要创新点及取得成果、总结与展望。本书由罗庆生、韩宝玲负责编著,罗霄、李华师、葛卓、樊红亮、蔺伟、张辉、参与了大量的写作工作,杨成伟、逯鹏、向前有、李喜玉、何灏、杨继伟、赵小川、苏晓东、龚汉越、刘祎纬、梁冠豪、牛锴、黄莹、岳凯、向程勇、吴帆、张叶青、周双、赵欣驰、冯达、罗翔辉、曹虹蛟、李金科、莫洋、魏天骐、王勇、智耕、王帅、范昊参与了部分章节的撰写和相关资料的整理工作。
当前,我国大学生课外科技创新活动的热潮风起云涌,作者所开展的工作及其成果只是沧海一粟。要使我国大学生课外科技创新活动的水平能够真正满足创新型人才培养的需要,还需集众人之智、众人之力才能有所作为,希望本书的出版发行能起到抛砖引玉的作用,同时也希望广大专家、读者对本书的谬误之处不吝赐教。
最后,向支持我国大学生课外科技创新活动的各级领导、专家和同事们表示衷心的感谢,向本书所引用参考文献的作者和支持本书出版发行的机械工业出版社表示诚挚的敬意。

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