湖南大学设计艺术学院2024级工业设计本科生《机械原理与设计》课程作业展示

《机械原理与设计》课程作业展示

课程学时：48课时

学生：2024级工业设计本科生

指导老师：曹立雄 陈菲

课程介绍

我院开设的《机械原理与设计》课程，是在传统工程类课程基本要求之上，结合工业设计专业特色进行的创新与深化。课程的目标不仅是培养学生的机械工程分析能力，更注重服务于工业设计中“创意—实现—验证”的完整设计流程，强调机械原理在产品设计转化过程中的支撑作用。课程教学以工业设计中的实际问题出发，将理性的工程分析、机构与结构设计与感性的形态塑造、功能体验和审美表达有机融合，引导学生认识到机械系统不仅是技术实现的工具，也是设计表达的重要组成部分。通过从概念设计、造型到机械结构与模型实现的全过程训练，学生能够认识到设计只有通过工程实现才能转化为现实的产品，从而在科技与艺术、理性与感性的不断交织中推动有意义的设计创新。

课程展览

2025年12月6日上午10时，湖南大学设计四合院内洋溢着创意与活力，一场别开生面的课程成果展正在此举行。设计艺术学院《机械原理与设计》课程展，以其独特的设计表达和扎实的工程实践，为同学们前期的探索画上了圆满句号。

《机械原理与设计》课程展师生大合照

展览现场，一件件由概念转化为实物的机械装置构成了一个微缩的智能世界。自动分拣机构、仿生机械臂、互动艺术装置……这些作品生动演绎了从电子渲染、动态仿真到3D打印成型、最终集成电控的完整创造流程。同学们将严谨的机构学原理与巧妙的设计思维相结合，不仅克服了从数字模型到物理实体的制造挑战，更在运动中注入了交互的巧思与视觉的美感，展现了将抽象原理转化为可触可感智能产品的能力。

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课程指导教师曹立雄老师与陈菲老师在观展后，对同学们的投入与成果予以了肯定。他们表示，本次展览整体上达到了课程的预期目标，大部分小组成功走完了从设计、仿真到制造、组装的完整流程，亲身实践了机械设计的核心知识。尽管部分作品在功能实现上仍存有改进空间，但这正是工程设计过程中宝贵的经验。 老师们鼓励大家将在此过程中收获的洞察与经验，转化为未来深入学习的动力，持续完善作品，共同进步。

老师点评&精彩互动

精彩时刻

01 《STEPEASE步逸》

小组成员：张馨月 石运禧

https://pinwall.cn/project/60984

我国踝关节扭伤年超2000万例，大学生占比26.93%，由于校园“上床下桌”的环境限制以及现有助行工具功能不足，这一群体常面临行走、上床与康复等多重不便。针对这一现实需求，STEPEASE步逸电动升降助行器以服务崴脚住校大学生为核心，兼顾实用性、安全性与性价比，聚焦宿舍场景下的辅助出行与康复支持。产品集成日常助行、无线遥控爬床升降与康复辅助功能，并具备轻量化折叠收纳、多档高度调节及防滑防倾倒等特性；在结构上采用带限位的二级升降结构、剪式可折叠机构与可旋转扶手，并选用铝合金、碳纤维等轻质材料，在保证稳定性的同时提升便携性。该设计有效缓解崴脚学生的日常行动与康复压力，降低二次损伤风险，并具备在校园及相关人群中推广应用的潜力。

STEPEASE步逸-作品展示视频

02 《AERO-IX冰陨者》

小组成员：陈若妍 罗诗乂

https://pinwall.cn/project/60974

在寒冷地区，输电线路覆冰易引发受力异常甚至断线，人工除冰效率低且风险高。AERO-IX冰陨者是一款面向高压线路的轻量化智能除冰机器人，旨在提升极端天气下电网运行安全。设计围绕“紧贴导线、稳定行进、高效破冰、保护导线”展开，整体由夹持行进模块与除冰模块组成。夹持行进部分采用上下三轮V槽轮布置，通过丝杆传动实现轮组对导线的自适应包覆，提供稳定牵引力，开合式机身结构便于快速挂载与脱离，适应不同线径与作业环境。前端除冰模块以高速旋转刀片连续破碎覆冰，实现行进与除冰同步作业，有效提升效率并降低运维风险，对保障输电线路可靠运行具有重要工程意义。

AERO-IX冰陨者-作品展示视频

03 《Lumipal智能家居机器人》

小组成员：马韶鸿 陈露萍

https://pinwall.cn/project/60973

Lumipal智能家居机器人面向客厅、卧室与书房等多场景使用需求，旨在突破传统智能家居设备位置固定、功能单一的局限，为用户提供更灵活、便捷的居家体验。设计以场景适配性与主动服务为核心，采用语音与动作相结合的双重交互方式，在提升操作便捷性的同时增强交互趣味性。产品主要实现灵活照明调节与小件物品递送两项功能，可根据不同使用场景调节灯光角度与亮度，并完成水杯、遥控器等物品的定点传递。在结构设计上，机器人以两组詹森四足机构为移动底盘，保证行进过程的稳定性与效率，配合可活动机械臂与小桌板，实现照明与递送功能的协同运作，并通过内置语音识别与动作传感模块支持双模式交互，探索智能家居由被动响应向主动服务转变的可能路径。

Lumipal智能家居机器人-作品展示视频

04 《ASTROPATH星语者》

小组成员：陈阳硕 张淇

https://pinwall.cn/project/60986

“星语者”以“模拟天体异速运转”为核心理念，还原行星不同速率的运动规律。支持手摇、电动双动力输入，通过伞齿轮换向机构传递动力，配合三级变速齿轮组（含同轴异齿数齿轮）调控运转速度，双同轴异齿单元与十字主轴则保障多齿轮转速协调。分层支撑结构、内外齿轮限位系统确保部件精准配合，固体自润滑+辅助润滑工具则避免摩擦卡顿。从工程角度看，它融合了齿轮传动、多轴变速、精密定位等机械设计思路，既是机械原理的实践载体，也通过具象化的“星轨”形式，让复杂的运动规律与机械结构直观呈现，兼具科普性与工程展示价值。

ASTROPATH星语者-作品展示视频

05 《IVC DESK智能语音控制桌》

小组成员：吴航宇 王喆

https://pinwall.cn/project/60969

IVC DESK智能语音控制桌面向办公场景中桌面空间不足与久坐带来的效率和健康问题，提出以语音交互为核心的升降与扩展解决方案。设计秉持“只动口，不动手”的理念，采用离线语音识别实现自然控制，在保障隐私的同时提升响应效率。产品集成智能升降与桌面扩展两项功能，用户可通过语音调节桌面高度以支持坐站交替，并通过“水平滑动+垂直举升”的双模式机构按需扩大桌面面积，满足协作与多场景使用需求。系统在工程上采用机电一体化方案，以Arduino为控制核心，通过电机驱动模块控制电动推杆，配合重型滑轨与稳定框架，并采用强弱电分离设计，验证了语音交互与机械系统在智能办公家具中的可行性与应用价值。

IVC DESK智能语音控制桌-作品展示视频

06 《MantaGlide海洋观测机器人》

小组成员：郭思媛 郝瑞祥

https://pinwall.cn/project/61012

MantaGlide是一款以蝠鲼为仿生对象的海洋观测机器人，针对传统水下设备噪声大、扰动强、隐蔽性不足等问题，探索更友好的水下观测方式。设计基于仿生学原理，提取蝠鲼高效、稳定、低扰动的运动特性，结合轻量化结构与柔性材料，使机器人更好地融入海洋环境。产品采用扑翼推进机构替代螺旋桨，显著降低运行噪声与水流扰动，支持静默观测与平稳悬停；机身集成高清摄像头与模块化传感器接口，可采集水下影像与水质数据，并通过无线方式实现遥控与信息传输。外壳采用碳纤维复合材料，胸鳍使用柔性TPU材质，在保证强度的同时提升运动柔性，适用于生态监测、水产养殖等应用场景。

MantaGlide海洋观测机器人-作品展示视频

07 《SenPipe管道探测机器人》

小组成员：王欣然 徐琳娜

https://pinwall.cn/project/61025

SenPipe管道探测机器人针对DN180–DN300mm小管径管网检测中设备适配性差、人工检测效率低的问题，以“仿生适配、智能检测”为核心理念进行设计。产品集成四足爬行、智能检测与便捷操作功能，四足系统采用蜘蛛仿生结构并配合防滑爪垫，可在小管径空间内自适应贴壁并稳定越障；旋转升降摄像头实现360°成像，结合算法完成管道缺陷识别与数据记录。整体采用轻量化设计，支持单人快速部署，并通过无线远程操控降低使用门槛。机械结构上，机器人采用可调节四足构型与双自由度腿部关节，提升与管壁的贴合度，检测端配置升降式全景云台以实现多角度观察。该设计为小管径管网的高效、安全检测提供了可行方案，具有实际应用价值。

SenPipe管道探测机器人-作品展示视频

陪伴/趣味类机器人

01 《Mellow桌面陪伴机器人》

小组成员：易思如 陈一菲

https://pinwall.cn/project/61015

Mellow桌面陪伴机器人关注独居年轻女性在学习与工作场景中的情绪压力与孤独感，尝试突破以效率为导向的传统智能设备模式。设计以“柔软机械”为核心理念，通过弱化技术的侵入感，让机器人学会“示弱”“陪伴”与“共情”，以温和可亲的方式融入日常办公与学习场景。用户可通过App切换不同陪伴模式，与机器人在移动、机械触手弯曲与LED点阵表情之间形成联动反馈，触手支持捏、拉、钩等直觉式互动，实现即时情感回应。工程上采用差速转向底盘、细绳驱动的多自由度对数螺旋机械触手及表情显示模块，并基于ESP32与BLE架构实现模块化控制，探索以机械动作承载情绪表达的陪伴型机器人设计路径。

02 《ECHOEY桌面型家居陪伴机器人》

小组成员：周佳颖 石如玉

https://pinwall.cn/project/60985

针对现代人独居普遍、缺乏陪伴与自律支持的社会现状，ECHOEY桌面型家居陪伴机器人以“奋斗搭子”为核心理念，旨在通过情感化、个性化设计，为用户提供持续的行为监督与情绪陪伴。产品整合多模态交互功能，包括可抬头低头、振动升降的拟人化动作，能够在平整桌面自由移动并抓取轻量物品，配合用户状态监测（如久坐、疲劳提醒）及语音、屏幕双向反馈，实现从行为激励到情感关怀的全方位支持。实物模型中，ECHOEY具备稳定运动的底盘结构、灵巧的机械夹爪以及实现升降运动的偏心轮机构，实现其物理交互功能。其意义在于以温和、陪伴式的交互，帮助用户建立自律习惯、缓解孤独感，成为融入日常的高效“伙伴”，重新定义家居智能产品的角色与温度。

03 《揉Bot》

小组成员：向羿帆 五兴齐

https://pinwall.cn/project/61002

揉Bot是一款面向个人健康管理场景的趣味型陪伴机器人，其核心在于“衣物褶皱攀爬”的移动方式，通过前端自适应轮组夹持衣物褶皱作为行进路径，使机器人能够在人体曲面上稳定移动并完成按摩动作。该设计回应了传统按摩设备在解放双手、便携收纳与日常融入之间的矛盾，强调“形式服从功能”的设计逻辑。产品采用分区的模块化架构对应驱动与按摩的双重系统，机身由亲肤硅胶与塑料材料构成，以保证使用舒适性与可靠性。揉Bot不再作为需要刻意操作的工具存在，而是以低存在感的方式融入办公、差旅与居家等场景，探索人机交互与健康陪伴的新的可能。

04 《小鸟跷跷板》

小组成员：张桐羽 旷媛

https://pinwall.cn/project/60992

小鸟跷跷板是一款以“小鸟”为主题的互动式趣味机械装置，旨在通过结构与玩法创新重新诠释家居情景玩具的互动体验。设计融合自然意象与机械美学，以轻巧灵动的造型承载双人娱乐与单人互动需求，并通过棘轮、棘爪、凸轮等机构实现单向传动与节奏化摆动，增强运动的趣味性与可控性。工程结构采用模块化设计思路，利用SolidWorks完成建模与装配优化，实物通过3D打印制作并在调试中不断完善结构强度与运行稳定性。该作品体现了机械原理在趣味互动设计中的应用价值，也锻炼了团队成员在结构设计与实体制作方面的综合能力。

陪伴/趣味类机器人作品展示视频合集

车类机器人

01 《逐曦》

小组成员：方俊杰 陈世伟

https://pinwall.cn/project/60990

近年来地震等灾害频发，传统救援物资运输设备在灵活性与续航方面存在不足，难以兼顾侦察与运输需求。针对震后黄金救援时间与人员安全问题，本设计提出“逐曦——震后废墟环境探测与物资运输车”，可在第一时间由人工遥控进入废墟执行环境探测与物资投送任务。车辆采用小尺寸结构，能够进入人员难以到达的狭窄空间；可变形轮胎在平坦路面与复杂障碍环境间切换，实现高效行进与越障；弹簧减震系统提升行驶稳定性。车辆通过云台热传感器探测受困人员位置，抵达后自动开启舱门供取用物资，并向外发送信号以辅助后续救援。该设计整合探测、运输与中继功能，有助于提升震后救援效率并降低人员风险。

02 《禾益卫》

小组成员：刘思玮 刘佳鑫

https://pinwall.cn/project/60991

禾益卫植保机器人面向农业生产中劳动力紧缺、作业安全性不足及复杂环境适应性差等现实问题，尝试以技术手段提升植保作业效率与稳定性。机器人在工程结构上融合差速转向、四轮转向与专业悬挂设计，使其能够适应温室、果园与大田等多种作业场景并保持稳定运行；在功能配置上，引入基于AI的精准喷洒与导航方案，并通过模块化设计支持不同作业模式的灵活切换，同时兼顾作业数据的规范化管理。其精准施药方式有助于减少农药浪费与环境残留，在提升植保效率的同时兼顾生态友好性。该植保机器人的设计探索了智能装备在农业植保中的应用路径，为农业生产的安全化、标准化与可持续发展提供了实践参考。

03 《Tundroid分布式无人苔藓监测小车》

小组成员：戴宇珩 关雪岩

https://pinwall.cn/project/60963

Tundroid是一款面向北极苔原环境的小型无人监测车，用于近距离采集苔藓植被表面的RGB与红外影像数据，以支持长期生态观测需求。设备在部署至基站后可自主在苔原环境中移动并完成图像采集与回传，通过姿态检测判断自身运行状态；当发生受困情况时，系统将发送定位与求救信息，等待无人机回收。观测周期结束后，设备返回基站并进行人工评估，根据状态决定是否继续使用或回收。该设计通过分布式、小尺度的地面观测方式，为苔原生态监测提供了一种可持续运行的技术方案，用于补充不同尺度环境数据的采集需求。

车类机器人作品展示视频合集

小组成员：李隆玉 陈薪淳

AquaRay SX船舱清洗机器人面向散货船舱内大面积锈蚀、黏附沉积物及多梁多筋等复杂结构环境进行设计，整体造型借鉴海洋鳐类的流线体态，通过一体化弧面壳体与鳍片式护板构建稳定且具辨识度的外形，并对履带系统形成有效防护，降低在高湿、狭窄空间中的碰撞与回溅风险。核心清洗系统采用多角度旋转的矢量喷射管与可伸缩喷头组合，通过调节喷射角度与伸出长度，实现大范围冲洗与高压局部强化清洁，覆盖焊缝背面与深角区域。前端导向机构引入类似“抬腿”的摆臂越障结构，在扭簧辅助下跨越焊缝凸起，保障履带连续吸附与行进安全。该设计通过仿生造型与机械结构协同，探索船舱清洗的高效与低风险解决方案。

GLINT是一款面向高层建筑外窗清洁场景的无人机设备，旨在替代高风险、低效率的人工外窗作业。设计以安全、高效与智能化为核心，融合无人机飞行平台与擦窗机构，实现高空清洁作业的无人化。设备搭载高压水枪与可调机械臂刮水板，并结合视觉识别与路径规划技术，完成精准喷洒与连续清洁，适应不同玻璃形态与环境条件。工程结构采用碳纤维骨架以兼顾轻量化与强度，多自由度机械臂与连杆机构保证作业时的贴合稳定性，飞控系统配合激光雷达提升复杂环境下的飞行与定位可靠性，为城市高空外窗清洁提供了一种更安全的技术方案。

攀越者-X是一款面向高层建筑玻璃幕墙清洗场景的可越障清洗机器人，针对现有设备跨越窗框、立柱等障碍能力不足的问题提出解决方案。设计借鉴尺蠖爬行的仿生原理，形成“分区协同步进”的越障机制，机器人由前、中、后三个功能独立且具备吸附能力的模块组成，各模块通过丝杠结构与刚性横梁连接，并由中央控制系统协调完成抬升、跨越与再吸附的循环动作，从而稳定越过幕墙表面障碍。中部模块集成主动驱动与清洗系统，牵引整机在立面移动并完成喷淋、刷洗与刮干作业，为高空幕墙清洗提供更具适应性的技术路径。

巡空者扑翼飞行器以鸟类扑翼飞行机制为启发，围绕扑翼运动的结构实现与控制方式展开设计，探索区别于固定翼与旋翼飞行器的飞行形式。设计聚焦仿生高效与轻量化操控，兼顾飞行性能与工程可实现性，可用于低空侦察、环境探测与科研数据采集等场景。工程结构采用金属材料与树脂材料混合主体框架以兼顾强度与重量，翼面选用防水聚酯薄膜，并通过曲柄连杆机构实现翼面的往复扇动；尾部由电机驱动实现多自由度形态变化，控制系统用于维持稳定的扑翼频率与幅度，保障飞行稳定性。本作品为仿生扑翼飞行器的工程实现提供了可行思路，体现了机械设计与仿生工程的融合探索。

https://pinwall.cn/project/60988

探脉是一款面向复杂地下管道环境的探测机器人，针对传统轮式或履带式设备在灵活性与越障能力上难以兼顾的问题，提出可动态切换移动模式的解决方案。设计以适应性与高效性为核心，通过轮履切换系统在平顺快速行进与复杂路况跨越之间灵活转换，并采用模块化结构提升在多变管道条件下的探测能力。机器人搭载摄像头与传感器，可实现管道破损、堵塞等状态的实时检测与数据回传，支持远程操控与可视化分析。其结构采用防滑轮组与履带复合布局，并通过丝杆、滑块及连杆机构实现轮胎抬升与下降，从而完成轮履切换，为地下管网的安全巡检提供了一种更具适应性的技术方案。

课程结语

本次展览不仅是课程教学的阶段性总结，更是对设计本质的一次深刻回应。它清晰地展示了一个重要理念：设计如果无法融入制造与实现的过程，就无法完成从思想到现实的转化，只能停留在设想阶段。在这里，创意接受工程逻辑的检验，形式受到结构与运动的实际条件的约束，设计在“实现”过程中得以体现其真正的价值与意义。机械原理并非对创造力的束缚，而是设计走向现实、实现创新的必要路径。我们期待同学们将这种“扎根于工程实现与验证”的设计理念延续到未来的学习与实践中，在科技与人文、理性与感性持续碰撞的过程中，创造出具有深远意义与时代价值的设计成果。

课程全部作品详情，请见湖南大学设计专业课程数据平台——图钉墙（https://pinwall.cn/workFolder/1574）