针对老年人以及下肢运动障碍患者的康复训练和运动代步的需求,设计了一种多功能下肢外骨骼机器人,利用辅助起立机构和腿部外骨骼实现对使用者下肢的康复训练。分别了建立外骨骼机器人单腿支撑阶段和双腿支撑阶段5杆模型,采用拉格朗日方法推导出动力学模型,计算各关节所需的理论力矩;建立虚拟样机模型进行动力学仿真,仿真数据与理论数据进行比较,验证了理论推导的准确性和外骨骼机器人设计的合理性,为后续电机选型提供了依据。

针对现有油气管道检测机器人运动方式单一、管径适应范围小、机器人在管道中通过性与适应性差等问题,设计了一种新型变运动方式管道机器人。给出机器人的设计需求,介绍了机器人的整体结构与工作原理;提出了主副簧结合、共同预紧的被动支撑机构和具有倾角可调功能的驱动机构;对支撑机构受力进行分析,同时对机器人通过弯管时的尺寸约束条件与运动约束条件进行分析,并进行了实验验证。结果表明,机器人的结构设计与计算合理,机器人在弯管中的尺寸约束与运动约束分析是正确的,机器人可以顺利通过R≥1.5D的弯管环境。该研究结果为后续机器人仿真实验与样机制作提供了参考。

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。

为解决直驱式电动汽车平均传动效率较低及传统双轴式两挡变速器结构不够紧凑等问题,提出了一种用于电动乘用车的行星齿轮式两挡变速器方案。完成了动力传动系统参数匹配,通过AVL Cruise初步验证了参数匹配的合理性;根据匹配结果,对行星齿轮式两挡变速器进行了结构参数设计,并据此对传动比等关键参数进行了修正;基于CATIA建立了变速器的三维模型,对其关键部件进行了强度验证;通过与常用直驱方案的对比表明,整车百公里加速时间缩短了0.31 s,最大爬坡度由直驱方案的34%增加到37%,最高车速提高了21 km/h,NEDC工况下的续航里程增加了18 km,提出的行星齿轮式两挡变速器可有效提高整车的动力性和经济性。

四足机器人的单腿是整机的主要支撑单元,同时也是四足机器人底层的运动单元。因此,单腿的设计会直接影响四足机器人的运动能力。针对四足机器人最为常见的Trot步态运动特点,设计了一种能适应Trot步态的新型单腿结构,并从尺寸优化的角度对该新型单腿进行结构优化。数值计算的结果表明,优化后的单腿在增大工作空间范围、减小驱动力矩等方面提升显著,可作为底层结构集成到四足机器人整机系统中去,同时也为四足机器人本体的结构设计提供了一定的理论参考。

随着我国老龄化社会趋势日益加重,半失能老人将成为一个十分庞大的群体,给养老机构及护理机构带来巨大压力。半失能老人绝大多数患有下肢运动功能障碍,无法独立行走。针对半失能老人这一群体,提出了行走辅助轮椅结构设计方案,并对关键部件进行了力学仿真及人机耦合情况下的运动学仿真,搭建了行走辅助轮椅系统框架。为验证理论设计的正确性,加工了行走辅助轮椅实验样机,并完成了相关实验。研究结果为设计行走辅助轮椅提供了理论基础。

为确保人们在使用骑马机锻炼时效果更佳、体验更舒适,基于人因工程学原理,运用SolidWorks软件对骑马机进行设计。通过对骑马机的结构尺寸以及后座、踏板和扶手运动特性的解析与仿真分析,确定了重要零部件的尺寸参数,验证了结构设计的合理性。基于人因工程学对安全性能的要求,运用SolidWorks Simulation对骑马机进行静力分析,对应力最大处进行优化;运用Abaqus软件对自由状态下的机架进行模态分析,分析其在工作状态下的固有频率,表明了骑马机的安全性。

首登输电铁塔检修人员缺乏完善的临时防坠保护装置,研发输电铁塔攀爬机器人替代首登人员登塔,可以保障登塔人员的人身安全。根据实际作业环境及其功能要求,结合仿生学原理,提出了一种基于仿生蚕特征的攀爬机器人模型。对机器人进行结构设计并分析攀爬过程中吸附的稳定性,建立机器人运动学模型;对其作业空间进行了仿真分析,验证了机器人结构的合理性。试制物理样机并进行相关攀爬实验,实验结果表明,该机器人具有替代首登人员登塔的可行性。

利用平面多闭环连杆机构,提出一种可变形机翼结构,并对该结构进行数学建模,利用结构数学模型,在Matlab中进行了机构的运动轨迹仿真分析。为了验证机构曲率调节能力及气动特性,建立了机构的三维模型,进行了运动学仿真及空气动力学仿真分析。为了获得更好的气动特性,基于传统人工鱼群优化算法,提出一种改进的人工鱼群优化算法,利用经典优化算法测试函数测试了该算法的性能。采用该优化算法对可变形机翼进行结构优化。在理论研究的基础上,加工了实验样机,并进行了相关实验测试。

针对市场对矿用大功率减速器的需求,以天地奔牛2 000 kW矿用减速器的创新设计为研究对象,对其监控及水套冷却系统进行介绍。应用三维设计软件UG对箱体重建模型,并运用有限元分析软件对其创新结构进行强度分析。为今后国产矿用大功率减速器箱体设计提供了一定的参考。