适用于未来公路的照明灯

陕西省西安中学

作者：于丕龙

辅导教师：董小平  赵锦鹏

项目简介

1，项目摘要：将压电陶瓷纤维装置埋入公路路面3-4cm以下，车辆通过路面时反复对其进行加载和卸载产生电荷，收集并加以应用；

2，选题理由：近年来兴起的能量收集技术给人们指出了一条创新道路。它利用环境固有的各种能量，将其转化为电能同时储存起来，或直接传输到电路上供人们使用。振动机械能是存在范围很广的能量形式，且没有环境污染，如果能对其进行收集并加以利用，将会是很好的发电方式。由于其具有无污染、原理简单及能量转换效率高等特点而受到关注。

3，项目思路和研究过程：对压电材料机电转换及能量转换进行了分析，对陶瓷纤维片的制取过程进行了研究，自己设计制作实验装置并进行有关数据测量。

4，科学原理及方法：压电效应，陶瓷纤维片极化原理机电耦合效应，实验测量数据及制作模型；

5，创新点：采用压电陶瓷纤维等材料，自己设计制作压电集能实验装置并绘制了电路图。

6，他人研究情况：中国计量学院齐鹏飞介绍了压电材料效应的作用机理以及材料产生压电效应的原因，并综合概括了压电材料的发展历程及现今的研究方向。大连理工大学魏双会压电陶瓷发电特性及相关参数对压电陶瓷发电能力的影响规律，为压电发电装置性能的预测和优化设计提供依据；

7，项目完善设想：进一步提高压电材料的性能及耐久性。电路结构设计更完美，降低压电材料的造价，使通过压电集能产生的电能成本更低。

双叠式方向盘四轮转向系统的发明设想

甘肃省西北师范大学附属中学

作者：刘一尘

辅导教师：卢海峰

项目简介

项目摘要：对道路状况、驾驶习惯、现有车辆转向方式及转向机基本结构进行综合分析，提出基于双叠式方向盘的机械式四轮转向系统及其相关结构的发明设想，介绍该系统的结构设计、操作及优势。利用双叠式方向盘实现对车辆的灵活操控是本课题的创新点。

选题与设计目的：双叠式方向盘四轮转向系统主要目的是让驾驶员在驾驶习惯基本不改变的同时，使车辆在狭窄路段或泊车、并线行驶时更加灵活，间接地提高道路及停车场利用率。

基本思路：驾驶员控制双叠式方向盘转动，并利用各种齿轮传动装置，将来自双叠式内外方向盘的转向动作分解，分别传递给车辆前后转向桥，可使前后轮独立转向，实现对车辆最大转向角的再扩大。同时与框架型模块式底盘结合成一体来保证该系统的结构稳定性、兼容性和可普及性，以便更好的适应当前的道路环境。驾驶员可以通过车内显示屏观看车辆模拟轨迹，以便更好的控制。

研究过程：①调研查新；②初步设计；③排查及模拟；④完善设计；⑤模型制作；⑥论文。

方法和原理：本系统主要由双叠式方向盘，分向转向柱，连接齿轮组，前、后桥齿轮齿条转向装置以及前、后桥传动方向轴等组成，底盘负责提供固定力，同时采用通用接口与自定义车身连接，数据计算芯片和车内显示屏负责将数据表现为轨迹提供给驾驶员，体现了整个系统良好的可扩展性。

创新点：①双叠式方向盘，是一种新的人机交互系统，便于独立操作前后轮；②分向转向柱，与双叠式方向盘配合使用，分解传动方向；③系统结构设计已通过模型验证完全可行。

同类研究(查新)：经查询，针对该项目基于双叠式方向盘的机械式四轮转向系统的特点，检索中未见相同文献报道。

进一步设想：上述发明设想已通过模型验证完全可行，但汽车的四轮转向系统是一个很复杂的专业问题，目前国内外对它的研究和开发仍处于不断发展和完善之中，一套系统不可能一成不变，在一些细节上可能需要随要求不断改进和完善。

适应不同直径形状和材质的蠕动式爬杆机器人

上海市上海中学

作者：余瀚珅  王子榛  范以平

辅导教师：程林

项目简介

摘要：本课题设计并制作了一种以蠕动式为爬升方式的爬杆机器人，该机器人主要使用铝合金作为支持结构，以履带的收缩进行位置的固定，可同时适应多种材料，不同形状，不同粗细，不同表面的柱体，如电线杆，树干，水管等的遥控爬行作业以及附带的其他要求。

选题缘由和目的：随着现代城市发展，高空作业的要求越来越多。本课题设计了一种机器人的实验平台，使其能在不同的条件下稳定爬升不同粗细形状和材质的杆状物体，并具有一定的载重能力，让人能够通过对机器人的简单改装在高空高危环境下进行作业，如电线杆维修，厂房管道监测检修，桥梁整修维护等，避免安全事故的产生。

思路和原理：本机器人主要分为上下两块的夹持装置和中间的升降装置。前者用履带的缩放以实现机器人在柱体上的固定，后者用于机器人的爬升。通过两者的配合，机器人就可自如爬上不同柱体，即蠕动式。由理论分析知，质量越小，重心越靠近柱体爬升越稳定流畅，故追求了结构的简洁轻便。同时，本机器人选择了一种可形变的牢固的且摩擦系数大的材料作为夹持材料以满足适应性。

创新点：1.本课题的机器人可以适应不同形状，粗细，材质的柱体，具有更强的适应性。2.拥有可改装的操作平台和搭载的摄像头，扩展功能强。3.自锁结构保障了安全。4.可形变的夹持装置的采用。

展望：1.加强自动化实现。2.对更多种柱体的爬杆实现。3.稳定性进一步提高。过程：2012.3选题，结构方案设计和确定。2012.6程序与结构搭建（两种不同方案的完成和被否定）。2012.11主体结构搭建。2013.1实地试验，修改结构论文。2013.4自动化，摄像头。

他人研究：国内对爬杆机器人的研究知名的有吕恬生教授等在气动蠕动式缆索爬升机器人等的研究，国外的如波士顿动力公司的rise-v3，但没有课题实现了对不同直径形状材质的适应性。

分工：余瀚珅：结构，测试，材料，论文，申报。王子榛：程序，结构，测试，理论，论文。范以平：程序，其他。

全自动黑板清洁器

甘肃省兰州第一中学

作者：魏震德

辅导教师：李晓辉

项目简介

这是一款基于arduino单片机平台的智能化黑板清洁系统。机器主体由2部分构成，一部分是固定在黑板上下的滑轨，另一部分是机器主体。滑轨与机器主体间由可以在滑轨上自由滑动的滑块连接，机器主体上下各固定一个滑块，使机器主体可以在滑轨所固定的平面内自由滑动。机器主体上固定有单片机主板，减速电机，喷雾水嘴，风扇，毛刷，刮水条等。机器主体材料为不锈钢或铝塑型材。滑轨使用专业直线导轨，固定在黑板的墙上或者黑板上。在平常学习生活中，擦黑板一直是一个难题，想要在短时间内无尘高效率的清洁黑板一直很困难。擦黑板时扬起的粉尘不仅对教室环境有影响而且对师生的健康有很大影响，所以我们想要能够自动而且无尘的清洁黑板。再详细设想和讨论后，我们想出了大概的方案。随后我们查阅了大量相关资料，确定了以anduino单片机平台为基础并附加多个传感器组成的智能化平台，利用喷水后粉笔灰脱离黑板面，刮水时随水流下黑板，并随后风干的原理。然后我们进行单片机语言的学习，并且编纂出了初步的程序。

下一步我们进入实物的制作阶段，在这个阶段中我们也将对方案进行一定的改进与完善。并且在制作过程中加以改进和优化，并且我们还想再给多加一些额外的功能，使之更加全能化，更具有实用性。

通过中国专利网的查询，我们发现有一些目的相同的产品，但他们都仅限于机械式。基于单片机智能平台的产品还没有发现。