下肢外骨骼研究一直是外骨骼发展研究领域的热门。在下肢外骨骼的研究中主要分为两种驱动类型,即有动力系统驱动和无动力被动式下肢外骨骼;在有动力驱动的下肢外骨骼中,又分为刚性下肢外骨骼和柔性下肢外骨骼。对两种不同驱动类型的下肢外骨骼研究进行综述分析,介绍其发展状况、结构原理、装备的优势和不足,分析了它们的性能,以及在以后的研究中需要注意的关键技术。

针对TBM液压推进机构机械动力最优控制的振动力学建模问题,研究了TBM液压推进缸振动力学建模方法。考虑到其缸体、活塞及液压油的柔性,并利用拉氏动力学方法建立了其三自由度集中参数振动力学模型,运用有限元法验证了模型的有效性。利用动、静态缩聚法对所述模型的自由度进行了缩聚,并对缩聚模型与原模型的动力学特性进行了比较,结果表明:缩聚前后的模型在各推进位置的1阶固有频率最大误差值为1.37 Hz,幅频特性曲线的趋势基本吻合,验证了缩聚模型的有效性。所建立的推进缸振动力学缩聚模型,为推进机构的整机振动力学建模提供了前提条件,且可大大减少推进机构整机振动力学模型的自由度数,为其机械动力最优控制提供了高效、简单的计算模型。

针对大突变载荷、极限重载荷作用条件下TBM液压推进机构承载能力,研究TBM液压推进机构刚度性能及其灵敏性。所述方法将并联连接的每个液压推进缸支链的缸体、活塞及液压油视作串联连接的多柔体,建立了推进缸静刚度模型,并用有限元法验证了其有效性。然后,运用并联机构微分运动原理建立了机构运动学模型,建立了变形协调方程和动力兼容方程,得到了机构静刚度的关系式,并用有限元方法验证了其有效性。利用灵敏性分析法得到了机构刚度与结构尺寸以及位姿之关系,结果表明:机构楔形角、动平台大小对机构横向x轴、竖向y轴刚度以及纵向z轴转动刚度影响较大,横向x轴、竖向y轴刚度及其转向刚度分别相等;机构各向刚度偏差分布规律相同且随着纵向位移的增加而逐渐减小,其计算偏差不超过2%。

以主梁式TBM推进机构为研究对象,利用坐标变换理论得出运动学反解方程及其雅克比矩阵。分析直线掘进过程中推进机构的受力情况,并得出受力平衡方程。为降低偏载现象对机构及刀盘的损害,引入力均布性评价指标,并分析不同参数与力均布性指标之间的关系。以力均布性指标最小为目标,建立机构尺度参数优化模型,并运用遗传算法求解该问题。给出机构尺度优化设计实例,并对比该机构优化前后的最大关节力变化,相关结果表明:该优化模型合理有效,相关

为有效且经济地提高多级齿轮传动系统的传动精度,建立了基于误差耦合补偿原理的多级齿轮传动系统传动精度模型;然后运用数值分析方法计算多级齿轮传动系统传动精度,分析求解出系统耦合传动精度值最小时各偏心误差对应的初相角;再利用蒙特卡洛法分别计算各构件随机装配和提高部分零部件加工精度等级两种情况下系统的传动精度;最后对比分析以上3种情况下的系统传动精度,结果显示,运用数值分析方法可提高多级齿轮传动系统的传动精度,验证了该方法的可行性和有效性。

对盾构推进系统的液压缸采用分区控制，以达到降低系统复杂程度、保证控制精度的目的。用液压仿真软件AM ESim对推进液压系统进行仿真模拟分析，采用开环与闭环两种方式。仿真结果表明，压力流量闭环控制较开环控制可以有效减少压力和流量的波动，实时控制推进压力和推进速度，控制效果较好。

以实际尺寸的TBM推进机构液压支链为分析对象，基于液压油的可压缩性，在液压油缸内模拟填充一定体积的液压油，通过HYPERMESH软件建立求解刚度及受力情况的有限元模型，得出刚度变化规律及应力集中区域，由分析图可得出液压油压缩引起的杆长误差变化值，为盾构机在施工过程中调整其运动姿态提供参考依据。