开发自行走式缠绕包装机器人可以显著推升行业的技术进步。介绍了一种全新工作模式的自行走式缠绕包装机器人以自动导向车(Automated Guided Vehicle,AGV)安装6自由度机械臂构建移动机械臂为主体,装载包装膜固定装置、拉膜架等,实现完全的自主化缠绕包装工作。在介绍缠绕包装机器人整体结构的基础上,对移动机械臂缠绕包装典型物件的工作过程进行了分析与运动学建模;根据移动机械臂的数学模型和缠绕典型物件作业模型开发了仿真分析系统。实例计算与仿真结果表明,提出的缠绕包装机器人能够完成包装膜的缠绕包装工作,达到了设计要求。相关工作为自行走式缠绕包装机器人的实用化提供了依据。

提出一种基于ANSYS有限元的单根张拉前卡式千斤顶内热力学特性分析方法。液压油黏度对温度变化十分敏感,而且其黏度变化直接影响液压动作、传递效率和传递精度,所以对张拉千斤顶的热力学特性研究是至关重要的。热流固多场耦合的方法是所采取的研究方法,针对液压千斤顶固体和流体部分分别建立热传导模型和湍流模型,进行千斤顶热力学特性的仿真分析,得到千斤顶正常工作时液压缸内温度场、热应力场和热应变场的仿真结果图,对比仿真与试验结果,为千斤顶材料选取和结构改进提供理论基础。

基于负性感光干膜的微结构模具制备关键技术,针对压膜、紫外曝光和显影等主要工艺环节,给出光源光谱特性、紫外光源功率、曝光时间、显影时间、显影液浓度等关键试验参数的选择优化和试验现象原因分析,并对极限试验条件下干膜性状进行研究,为干膜存储、裁剪、晾放时间提供技术支持。利用该工艺制备的干膜微结构模具,可封装不同结构和功能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片。试验结果表明,与传统光刻微流控模具制备方法相比,负性感光干膜的微流控模具制备方法具有省时、工艺简单、无需超洁室和价格昂贵的曝光设备等优点,且制备的干膜微流控模具表面平整度高、成功率高,应用效果良好。

提出一种基于气动微流控芯片的新型智能痕量灌溉系统，利用气动微流控芯片片上膜阀作为控水元件，阐述了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的结构设计和工作原理，建立了新型智能痕量灌溉系统和片上膜阀的物理模型。对单个片上膜阀不同气体驱动压力、不同液流驱动压力下的出口流量，以及片上膜阀不同组合时的动态流量特性进行仿真分析，给出了不同情况下智能痕量灌溉系统出口流量和出口截面流速、压力分布等特性的分析结果。利用PDMS材料和软刻蚀技术对痕量灌溉系统控水元件进行封装，并对其流量特性进行了实验研究。讨论了在液流驱动压力为10kPa、不同气体驱动压力时和气体驱动压力为0、不同液流驱动压力时，影响痕量灌溉系统流量的几种因素，并对实验现象进行理论分析。

针对常规电磁阀和阀组结构复杂、尺寸巨大,很难与微流控芯片进行集成的问题,采用新型阀体材料高弹PDMS,设计了一种新型电磁微阀.通过Fluent软件嵌入UDF函数对典型驱动压力下不同阀口开度电磁微阀的静、动态流量特性进行数值仿真,并对开关和脉冲宽度调制(PWM)两种模式下电磁微阀流量特性进行了实验研究,结果表明:在驱动频率相等的情况下,电磁微阀流量与压差呈正比;当压差一定时,电磁微阀流量与驱动频率呈反比,电磁微阀平均流量与占空比呈正比;电磁微阀出口流量与阀口开度呈正比.所设计的电磁微阀流量控制精度高、封装成本低,能够提高微流控芯片的集成化程度和控制性能.

研究提出一种基于气动薄膜的微混合器及基于数字图像的混合效率量化分析方法。给出了利用RGB(Red,Green,Blue)色彩模型、灰度转换模型和方差数学模型对微混合腔内不同试剂的混合程度量化分析方法,并利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料和软刻蚀方法对微混合芯片进行封装。采用实验研究方式使微混合腔内两种不同颜色试剂充分混合,利用混合程度量化分析方法对微混合腔内混合效率进行量化分析,并与自然对流混合效率进行对比。与传统计算混合效率的方法相比,基于RGB色彩模型的混合效率量化方法更简单、直观、有效和方便。

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀，阐述了微阀的工作原理与结构，利用Fluent软件嵌入UDF函数对几种不同阀口开度下流场分布特性进行了仿真分析，给出了不同阀口开度下流场速度、阀口前后压力变化以及微阀的出口流量特性分析结果。

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的PDMS电磁微阀.阐述了 PDMS电磁微阀的工作 原理与结构给出了电磁驱动器数学模型.建立了自感系数、线圈电流、阀芯运动电压、机械运动和电磁吸力 的仿真模型;建立了 PDMS电磁微阀电磁力、阀膜弹性变形力与微流道内气、液作用力之间的多物理场耦合 数学模型.利用MATLAB/Simulink软件建立PDMS电磁微阀阀膜形变模型、出口流量模型并与5 个电磁 驱动器子模块连接.对电磁驱动器动态响应特性和PDMS电磁微阀流量动态特性进行仿真分析给出了 PDMS电磁微阀阀芯驱动力、阀芯响应特性和动态流量特性分析结果.