机械创新设计报告.docx
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机械创新设计报告.docx
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机械创新设计报告
机械创新设计报告
机械创新设计方法结课报告_多功能跑步机《机械创新设计方法》结课报告设计题目:
多功能跑步器学生姓名:
潘峰胡聿珩杨水学号:
班级:
120314任课教师:
xxx2015年9月23日1.运用《机械创新设计方法》课程所学的创新思维、创新技法,以及机械系统方案设计、机构设计、结构设计等方面的创新知识,针对某一你所熟悉的产品、设备或零件,提出你在上述某一方面的具体的创新与改进措施。
2.设计课题在主题框架内可自行确定,课题可以是机构设计,结构设计,外观设计,创新设计等;3.每个课题可一人一题,也可两人或三人一题,但需要有较明确的分工;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)现在由于快节奏的生活方式和不良的生活习惯,致使大多数人的身体处于亚健康甚至低于亚健康的水平,长此以往必将影响国家的可持续发展,为此普及全民运动的理念显得尤为重要。
跑步是国际流行的有氧健身运动,被医学界和体育界给予高度评价,对于提高使用者的心肺功能、肌体耐力以及脂肪消耗都具有非常好的效果。
此课题的目的就在于运用巧妙而简单的设计,来实现健身的多样性和便捷性,降低大众健身运动的门槛,实现足不出户便可健身,使全民都能参与其中,并感受到其中的乐趣。
此新型便携式跑步机便是响应这一理念而生。
二.功能原理与工作原理分析功能原理:
利用与脚接触的运动部分的往复运动模拟出跑步的效果。
工作原理:
通过一定的控制方式,使机构在不同的条件下完成特定的运动方式,最终形成循环往复的运动,以实现对跑步过程的模拟。
三.国内外同类产品现状电动跑步机主要由机架、电动机、可调电源、跑步皮带及仪表控制盘组成,其特征在于框架与支架垂直连接,前轴与后轴分别装在框架的两端,前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上,跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上,跑步皮带下装有支撑跑步板,从动皮带轮紧装在前滚筒的一端,电动机、可调电源,安装在框架的前端,控制传感器装在电动机上,速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上,皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上,另一端连接在焊接于框架前端的孔板上,跑步机扶手架安装于支架的顶端,仪表控制盘安装于扶手架上。
传动方式采用带传动机构,传动级为一级。
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;)结构1利用短齿条和多齿轮啮合的方式传动(图中为与上齿条啮合情况),且保证段齿条长度至少大于两齿轮中心距,以保证传动的连续性,使用短齿条可是生产成本降低,易于批量生产。
结构2利用长齿条与单齿轮啮合的方式传动(图中为与上齿条啮合情况),齿条可运动超出主体箱,运动行程由踏板控制。
运动过程中齿条始终与齿轮啮合,且齿条的有效啮合长度较其运动范围较短,以免出现超程后卡死的情况。
结构3选用链轮的传动方式,利用链轮循环往复的特点,踏板被下压后由链条带动运动,踏板升起后由弹簧将其拉回原位,其特点是回程速度快,但是不具规律性。
六.确定最佳方案并阐述所选方案功能及工作原理由上边可知,结构2为最优结构方式,不仅便于生产制造,还便于携带与收藏。
且能耗相对较小,利用率高。
同时紧凑的结构也便于电机与线板等的布置与连接。
现对结构分析如下:
此模型包括固定部分、运动部分和控制部分此三大部分组成。
固定部分由主体、齿轮、电机(在建模中为了提高效率,电机及辅助件部分并未进行展开设计,而只是对主体结构进行探索)等组成,固定于地面之上,以此来为系统提供稳恒的动力输出;运动部分为踏板盒,相对固定于主体之上,可实现前后方的直线运动,构成了往复运动的基础;控制部分是指由弹簧连接的伸展与压缩,来实现双排齿条与齿轮的啮合条件的变换,进而完成对往复运动的调控,达到了简易条件下人工智能的效果。
工作原理:
先将人的跑步过程抽象,得到如下的两点假设。
假设1人在跑步过程中时刻一只脚撑地(前脚刚落地且后脚即将离地的时刻相对较短,在此往复循环运分析中可忽略)。
假设2弹簧被压缩过程十分短暂,不会对速度造成明显的波动,或产生的波动远小于人的感知。
现对跑步机运行过程进行分析如下,在奔跑中的某一刻左脚刚落下且右脚刚提起,此时左边弹簧被压缩,齿轮与下齿条脱离且迅速与上齿条啮合,齿条的运动方向与之前相反,开始随左脚向后运动;当右脚提起时,弹簧被释放,使齿轮与上齿条脱离而与下齿条进行啮合,同理右脚的运动部分方向将反向。
由此实现了所要求的回复运动。
由上述分析可知,仅用弹簧的伸缩性便完成了对运动的控制。
从某种意义上来说,用弹簧实现了PLC的功能,体现了现代创新设计简单、便捷、高效的发展理念。
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)此设计作品系本人独立完成。
建模零件包括,主体箱、踏板垫、踏板芯、上齿条、下齿条、齿轮及弹簧。
对于循环往复运动模型的建立是此机构的关键点,再利用双齿条变换啮合后,此问题被迎刃而解。
此外,在仿真中,弹簧的画法也是难点,在搜寻资料后,此问题也一并解决。
所建模零件图如下:
齿轮齿条(上)齿条(下)踏板垫踏板芯-10-主体-11-弹簧-12-装配体-13-八.本项设计的创新点结构简单巧妙,化繁为简,抓住跑步过程中的唯一变量——双脚——进行探索,巧妙的将单向直线运动进行对称布置后实现了往复的循环运动,并且驱动、执行、伺服机构一应俱全。
尤其是设计中,利用弹簧可以贮存弹性势能的特点,实现了对了双排齿条与齿轮啮合形式的选择控制,从某种意义上来说,实现了PLC的功能,体现了现代创新设计简单、便捷、高效的发展理念。
九.本项设计的应用和发展前景通过生活中的见闻,我深刻的了解到现代人的缺乏运动以及它的危害性,因此此设计旨在降低健身运动的客观条件,享受随时随地的健身效果。
即便是阴雨天,或者室内面积较小,依然可以充分享受运动健身所带来的充实和健康。
另外,饭后可在低速下进行散步,一来加快血液循环,而来有助于食物的消化。
同理也可用于久病卧床后的康复理疗过程,伴随使用可加快复原的进度。
由于结构巧妙,使得其占地面积小,具有便携性。
材料用量少,制造工艺要求不高,大大的降低了生产成本,并且实用性高,适用范围广,这些都是好的产品所具有的客观因素,在具备了这些因素之后,可以预见此新型便捷式的跑步机必将收大众的青睐,得到推广。
十.完成此次《机械创新设计方法》结课报告的收获和体会沿着简约设计的方向并且结合自身的观察,决定了以便携式的跑步机作为设计课题。
通过对跑步过程中人双腿运动的基本变量的分析,终于发现这种利用齿轮齿条由单向运动进行对称布置后向往复对称方向运动变化的结构,又利用弹簧伸缩的特点完成了对变换啮合的控制。
用弹簧以小博大,来作为伺服控制部分,这是作为设计者得我最得意的部分之一了。
由于时间仓促,加上设计经验的不足,导致了作品不能被深度的挖掘,因此只进行了主体部分的设计。
即便是只进行了主体设计,也是对设计过程很苦恼,有时候一个小小的变动,需要重头到尾的修改好多个参数,从零件图到子装配体,再到总的装配体,一个个的寻找,一个个的校正,实在是很繁琐,有时候就是一个很细微不足道的地方,稍微优化一下,就可能导致一场灾难。
单单是从这些我们就可想而知,如果完成一次完整的设计,是需要耗费多少时间和精力的。
通过大学本科对机械知识的初步学习,使我认识到再复杂的机构设备系统,都是由一些最简单基本的运动形式复合而成,因此抓住问题的本质,以最简单速效的办法解决是发展生产节省资源促进发展的唯一方式,科技的进步不是让我们用更复杂的方式去改变社会,而是使我们的生活更加简约。
所以我没有为了这门课程得到高分而化简为繁,或者说设计一些看似深远却经不起推敲,甚至都不能实现的东西。
通过这次设计以及经历,让我更加坚定了我的设计理念,坚定了作为一个设计人员需要具备的自信心与决策能力,排除外界干扰,做出最好的产品。
-14-机械创新设计实验课程考核报告_新机械创新设计实验课程考核报告班级:
机械1107姓名:
胡德伟学号:
20116485组内成员:
胡德伟陈军考核时间:
2014年5月26日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:
在编写机器人进行红外线进行障碍物检测,当前方有障碍物时机器人能自动避开,当把程序输入机器人时,发现机器人并不能检测障碍物,经过询问同学,才知道程序有错误,通过改正,最终达到目的。
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:
AS-UII机器人1个、电动机2个、导线2条、主动轮2个、从动轮2个、传感器1个、5:
1齿轮6个、1:
1齿轮6个、方块10个。
3实验图片:
4小组成员分工:
一个人找零件一个人进行组装
(1)本人承担的工作:
组装
(2)其他成员(如果有):
陈军5模型创新性描述:
可实现小车的自动导向,并能自动控制速度,能任意角度转向。
6本人遇到的问题及解决方法:
当把编写好的程序输入导向车的电机后,发现导向车并不能运动,经检查每个运动驱件组装正确后,在检查电机,发现电机是坏的,换了一个电机再输入程序,导向车能正常运动,达到实验目的。
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:
一个人负责找零件一个人负责组装
(1)本人承担的工作:
组装
(2)其他成员(如果有):
陈军5模型创新性描述:
形象的表现出了真实车床的运动和布局,能清楚的表达出车床的主要功能。
6本人遇到的问题及解决方法:
在做自动车床模型的过程中,由于模型块的缺少,实验无法正常进行,通过我们组与另一组进行合作共同完成本实验。
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:
一个人负责Z轴进给方向和其他部分另一个人负责X轴和Y轴进给方向。
(1)本人承担的工作:
Z轴进给方向和其他部分
(2)其他成员(如果有):
陈军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:
由于固定了它在X、Y、Z轴的移动,所以当驱动电机时,在X、Y、Z轴并没有运动产生。
经发现问题后,松开X、Y、Z轴的固定键,达到了实验目的。
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:
一个人负责沿X轴旋转机构和沿Y轴旋转机构另一个人负责沿Z轴旋转机构和其他部分。
(1)本人承担的工作:
沿X轴旋转机构和沿Y轴旋转机构
(2)其他成员(如果有):
陈军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:
在组装驱动部件时,由于没有认真看实验指导书,导致电机无法正常驱动轴的移动。
通过将错误的位置重新组装后,能够正常运转,达到实验目的。
二课程考核1模型名称:
小型钻、铣、磨床2模型功能:
能够实现钻、磨、铣工件的作用3模型照片:
4模型的创新点:
(简述完成模型的创新点)实现一床多用,多功能加工工件。
5模型的组成部件名称及数量:
底座:
大底板1个;车刀部分:
电机1个、车刀1个;Z轴进给机构方向:
电机1个、滑轨1个、5:
1齿轮2个、方块13个、丝杆1个;X轴进给机构方向:
电机1个、滑轨2个、5:
1齿轮2个、方块21个、丝杆1个;6模型未实现的功能:
(如果有的话)在Y轴方向上无法工作7小组成员及分工情况
(1)小组成员名单(不超过2人):
胡德伟、陈军
(2)本人(承担的工作或角色):
进行底板的搭建和X轴进给方向的组装(3)其他成员(承担的工作或角色):
进行Z轴的组装和车刀部分8作者承担工作情况(仅限本人所做工作)
(1)完成的工作在模型起的作用:
底座支撑整个机床,X轴进给方向使机床能沿X方向运动。
(2)完成的工作使用的元器件名称及数量:
底座:
大底板1个;X轴进给机构方向:
电机1个、滑轨2个、5:
1齿轮2个、方块21个、丝杆1个;(3)完成工作过程中遇到的问题及解决方法:
无(4)本部分工作未实现的功能:
(如果有的话)无2012实验报告-机械创新设计211《机械创新设计》实验报告班级机械设计2班姓名代鑫学号0930********指导教师张秀梅2012年5月15日实验题目:
自动盖章机姓名代鑫成绩实验日期2012/5/11批阅教师同组成员胡二虎方圣杨黎明彭文批阅日期******************************************************************************一、实验目的1:
进一步了解齿轮以及带传动槽轮机构的结构及其基本原理。
2:
通过此次设计提高了大家的动手能力。
3:
提高其创新能力并在工作、生活和学习中有所发明、创造和创新。
4:
使我们树立创新意识,掌握创新的基本理论,通过课堂训练和模拟练习,使学生掌握创新思维和创新技法。
5:
进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。
二、所选课题的功能原理与工作原理分析;在现代生活中有时需要用到大量的盖章,人工手动压印重复、乏味,工作效率低本,浪费劳动力。
盖章机的出现成功的解决了这一问题,它利用电动机作为动力元件,经过齿轮减速将动力传给槽轮机构,槽轮机构实现了转动转换成间歇摆动驱动印章压印.三、本课题设计的创新点;本机器取代了传统的人工手动压印,减轻了劳动强度,提高了工作效率。
性能可靠,符合适应现代化办公室要求。
是各级党政机关事业单位、大中院校等单位不可缺少的好帮手。
槽轮机构能够实现转动与间歇摆动的转换,本机器的突出点是巧妙的运用了槽轮机构,实现了均匀自动压印,提高了压印效率,解放了人工劳动力。
四、本课题设计的应用和发展前景;在需要大量盖章的情况下,人工压印费时费力,效率低下,劳动重复单调。
本机械产品就有了显著优势,效率高,全自动,安全可靠,可以说有了自动盖章机,只怕你要盖的章不够多。
在学校,办公机关等办大量文件的场合,自动盖章机是人们提高盖章效率的经济首选。
五、作者承担工作情况(仅限本人所作的工作)(包括所承担工作在课题中所起的作用;实际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)六、实验小结通过此次的创新设计,我学到了很多平时在学习和生活中所学习不到的东西。
我感觉此次的设计对于我来说是一个各方面能力的锻炼,这是我们一个自我能力提高的机会,这次的设计对我以后的工作和生活都有很多的帮助,我感觉我们的团队是成功的我们通过几天的努力最后终于成功的设计出了这个自动盖章机。
此次设计不是哪一个人的功劳而是我们大家集体努力的成果。
每个人的思维和能力都是有限的,我们集中了大家的力量,大家相互鼓励相互交流相互理解使我们的这次设计得以圆满的成功。
通过此次设计让我认识到有些东西并不是我们表面上看的那样,就比如说我们的盖章机一看根本没什么就是一个上下运动的机器,但是当我们知道他中间的结构后就不会这样想了。
同时也使我的而动手能力得到了加强,这对我以后的就业也有很大的帮助。
机械创新设计实验课程考核报告机械创新设计实验课程考核报告班级:
姓名:
学号:
组内成员:
考核时间:
年月日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一、机械创新实验课程内容概述1、机械创新实验课程学习的内容:
2、机械创新实验课程学习中遇到的问题及解决方法:
3、学习机械创新实验课程的收获:
4、课程进行中所完成的模型及描述(包括模型照片、功能简述,按先后顺序给出)二、完成模型描述1、模型名称:
2、模型功能:
3、模型照片:
4、模型的创新点:
(简述完成模型的创新点)5、模型的组成部件名称及数量:
6、模型未实现的功能:
(如果有的话)三、模型创新描述四、小组成员及分工情况1、小组成员名单(不超过2人):
2、本人(承担的工作或角色):
3、成员1(承担的工作或角色):
五、作者承担工作情况(仅限本人所做工作)1、完成的工作在模型起的作用:
2、完成的工作使用的元器件名称及数量:
3、完成工作过程中遇到的问题及解决方法:
4、本部分工作未实现的功能:
(如果有的话)1《机械创新设计》课程读书报告《机械创新设计》课程读书报告姓名:
班级:
学号:
专业:
蠕行式仿生变直径杆爬行机器人的创新设计择要:
设计研发了一种利用电机驱动凸轮机构、曲柄连杆机构、摆杆机构等实现在变直径杆上攀爬的非智能的蠕行式仿生爬杆机器人。
在对机器人灵巧的结构和工作原理作出说明的基础上,进行了运动学建模和仿真分析。
实验表明,该机器人爬行稳定,工况好。
关键词:
爬杆机器人变直杆曲柄连杆凸轮一、仿生机器人设计需求现代生活中,高空作业不断增加,市场上少量使用的气动蠕行式爬行器,其上升和下降运动的实现由气压控制,需要气源和气动控制系统,能量损耗大,并且一般伴有较大的噪声。
因为连接了大量的支持设备,气动蠕行式爬行器的体积和活动范围都受到限制,而且设备成本较高。
二、仿生设计原理这是一种新颖的变直径杆仿生爬行机构设计方案,该方案能基本满足我们设定的工作状况。
该机器人是模仿人的爬树动作而设计的。
人爬树时,两脚夹紧树杆,两腿一蹬,两手抱住树杆,人向上移,然后两手抱紧树杆,收腿提脚上移,一步步向上爬行。
该机器人的爬行动作原理示意如下图1所示。
图1机器人爬行动作原理示意图图2机器人结构原理图既然是仿生尺蠖式蠕动,那么在本
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