防溅烫快速加热水的热水袋

黑龙江省大庆实验中学

作者：马文婷

辅导教师：马龙

项目简介1.项目摘要：本防溅烫快速加热水的热水袋属于实用新型发明专利，在生产生活中，如医院或北方秋、冬、春三季气温低于十度时观察到许多人在不同场合经常用普通热水袋，在向热水袋内加热水过程中，热水袋内气体受挤压向上窜出与向内流入的开水液体在热水袋进水孔处混合相撞后溢出气泡迸裂，并向四周飞溅，且加热水的速度极慢，对加热水人员及周围人易造成危险烫伤伤害，同时影响加热水速度，通过该型气液分流专利热水袋解决了上述问题。

2.项目选题：因在生产生活中观察到上述现象是气液在同一腔室内混合相撞击所出现的，所以想出气体与液体分流互不干扰既安全、又环保且快速有效益的气液分流热水袋。

3.设计目的：消除气体和液体在同一腔室内相向流动时造成的液体相撞飞溅，同时提高加液速度，而且对加热水人员安全环保。基本思路：在常规热水袋进水孔旁侧加一个排气孔，形成气液各自通道。

4.研究过程：生活在温度低于10度的环境中、如老人、儿童、妇女、办公室的工作人员、商场营业员、医院患者都需要热水袋对身体如手、腰部进行保温，通过常规热水袋加热水时出现气液混合后产生气泡迸裂四处飞溅，对有关人员易造成烫伤伤害，因进水孔处稍一加水就满，需等进水孔的水完全进入热水袋内才可继续由进水孔处继续加热水；生活中商场卖的热水袋几十年来都是一种，即只有一个进水孔，改用进热水孔与排气孔分流的热水袋解决了此问题。

5.科学原理：液体向容器内流进时会与容器内气体挤压，气体向外窜出时与向内流进的液体形成对流相撞击，而产生气泡在常压时既堵塞进水孔又可迸裂飞溅，只有各自流通互不干扰。

6.主要贡献：气液分流消除烫伤与危险，增加流速，安全可靠。

7.查询检索：经上国家知识产权网站，百度、谷歌等检索查询，无此类热水袋。

8.完善与设想：热水袋下端加一个挂环，不用时倒挂可把热水袋内剩余水控净。

语音控制的多功能表演机器人

江苏省南京外国语学校

作者：谷逍驰

辅导教师：祁超

项目简介

一、项目摘要：初衷是为了探究机器人脸部表情，用最少的舵机还原效果，机器人头总共13DOF，脖子部分3DOF，可以左右摇摆。用的是arduino的AVR控制器，可以表现各种表情。眼睛用了4个乒乓球，眼皮上下可动，脖子处用的2根连杆和一个万向轴。用了ASR非特定的语音识别模块可以把读入的拼音的波形和已有的芯片中的数据比较，然后输出预先编写好的的串口值给AVR，做出相应的表情。

二、过程：多种表情状态表达-多自由度-模拟面部肌肉-语音识别-口令交流对话。

三、选题背景：在国内的机器人市场中，只有人形，六足，行走机器人几大类，种类稀缺。本人对机器人有着非凡的热情，对一些机器人基本的控制理论也有些了解，所以想做些有新意的，将来能够实用的机器人。

四、设计思路：先从结构上下手，先在纸上画出草图包含机器人头最基本的几个因素，确定各个部位所需的自由度，从而确定结构。然后寻找需要的材料。在编程过程中，由于经验不足，我常常登陆各大编程论坛求助，学习，在网友的帮助下成长。

五.研究过程：工具和材料：单片机，语音识别芯片，舵机，声音传感器，光敏传感器，摄像头，框架使用木棍木片胶合版等身边随处可见的材料。眼睛使用乒乓球制作。必要地方使用螺丝连接。工具用到了电烙铁，螺丝刀，浇水，台钳，电脑，ISP下载器等。项目内容语音控制的多功能表演机器人，详情请见光盘里的视频附件机器人头的控制系统主要由两个部分组成：语音识别模块32和AVR舵机控制芯片33。两块芯片都是可以重复编程的。可以利用C++，C，java，arduino等不同的语言给AVR单片机进行编译，从而让机器人头对不同的口令做出不同的反应，通过程序的自行设计，开发出更多的姿态与动作，实现与机器人更深层次的互动，在充满兴趣的环境中学习机器人相关的新知识。同时，为开发服务机器人奠定了基础。

机电节能式货车超载限制装置

吉林省长春吉大附中实验学校

作者：李仲达

辅导教师：李金华  刘昕晖

项目简介1.摘要：针对货车超载频繁引发的交通事故、路面损毁，桥梁坍塌，给国家和人民带来极大的经济损失和安全隐患的现状，设计出一种机电节能式货车超载限制装置。通过对货车结构的研究和对行驶货车的观察，根据货车货重增加时，轮轴上的弹簧钢板发生会明显形变这一特点，实现对货车是否超载进行判断。在多次实验了应变片、干簧管、接近开关等传感器后，发明了一种新式机械重力传感器。再对货车启动点火电路进行研究，分别设计了有线与无线两种信号传输方法，并在电路中加设了防止误判的保护电路。由于传感器和信号传输方式的不同，先后制作了六套模型，逐一进行实验，在确定了传感器和信号传输方式后，又分别进行五个测试实验。实验表明，本限制装置达到了判断货车是否超载，可从源头限制超载货车启动运行效果。本限制装置具备以下六个特点：①.新式传感器；②.自动判断；③.源头防止货车超载；④.防误判设计；⑤.防人为破坏；⑥.常闭节能型。

2.选题的确定：近年因严重超载，频发令人震惊的重特大交通及桥梁坍塌事故，萌生我确立选题的初衷。

3.项目的基本思路：根据货车钢板弹簧在货重增加时会发生明显形变，同时车架与钢板弹簧之间的距离也会减小，利用安装在车架和钢板弹簧之间的传感器判断货车是否超载，再配合改造后的货车启动电路，实现从源头上限制超载的货车。

4.研究过程：确立选题—讨论研究—问卷调查—原理分析—设计图纸—材料选择—制作模型—积极改进—完成试验。

5.科学方法和原理：根据弹簧钢板受力形变使车架与钢板间距离减小，通过传感器判断是否超载，通过电路限制限制货车超载。

6.创新贡献：本作品适合多种车型，节能环保，误差小，调试简单。可以解决公路执法部门在日常工作中出现的实际问题，并能节省人力，达到保障公路通行质量，减少交通事故发生。

7.他人同类研究的情况调查：目前尚无同类装置。

8.进一步完善该项目的设想：验证其创新性，运用到实际中去。

基于机器视觉的魔方机器人的研究

江苏省南京市金陵中学

作者：卞远哲

辅导教师：张启军

项目简介

摘要：通过摄像头对普通三阶魔方的六个面状态进行扫描，上传图像到上位机进行图像识别，通过人工智能学习进行颜色判断，并给出求解步骤，再发送给下位机操纵机械手，实现一般魔方的全自动还原。课题的提出开展的研究型学习活动，是这个项目创意的来源。以前就对魔方很感兴趣，也自己学习了魔方的还原方法，能在50s内还原三阶魔方。这次研学布置，我就想到了魔方机器人的课题。以前在网上也看过类似的设计。视频上采用了乐高的套件，使用颜色传感器，仅有旋转和翻转两个动作，耗时长。所以我就萌生了一种能否制作一个更高级的魔方机器人的想法。

项目主要创新点：本项目完全自主完成，研究开发了采用自动化技术自主识别还原魔方的一整套系统，项目研究内容及关键技术具有新颖性，检索中未见与本项目相同的文献。项目采用了较为先进的图像识别技术及颜色识别技术对魔方进行扫描，提高了识别效率，相比传统的颜色传感器，降低了设备成本。求解方面采用搜索算法大幅缩短魔法复原的步骤，使用PC代替单片机进行求解，使界面更加友好。同时，还可以逆向复原步骤，用于大型的魔方赛事，满足公平性要求。对于项目后期优化的构思在Pro/E中进行建模，将Urania金属化，可以大幅提高还原速度以及精度。采用OpenCV进行图像识别，提高识别速度。对魔方求解加入CFOP算法，在A-star之间进行评估均衡，保证求解速度。由于舵机电流过大，在多个舵机同时操作的时候，会将单片机的电平拉低。下一步可以改进供电电路，稳定电压。UraniaV1还需要人手辅助才能完成夹持，下一步采用ULN2003控制步进电机完成自动给进模块。改变现有四轴为六轴，重新设计机械结构，并把摄像头安装在顶角上，一次识别多个面，提高识别速度。