为了进一步提高重载铸造机器人在浇注作业过程中浇包轨迹的平稳性和精确度,以一种新型混联式4自由度重载铸造机器人为研究对象,提出一种基于五次多项式与正弦加速度运动规律合成的轨迹规划方法。运用机器人机构拓扑结构理论计算执行机构的自由度,采用闭环矢量法对并联机构进行位置求解,并根据等效法及几何法推导出混联机构的运动学位置方程;采用五次多项式与正弦加速度运动规律合成的方式对机器人进行轨迹规划;运用Adams软件进行机器人末端轨迹运动仿真,对理论求解得到的参数进行了验证。结果表明,基于五次多项式与正弦加速度运动规律合成的运动轨迹相比五次多项式的运动轨迹更加平滑、自然,并且机器人末端最大速度降低了14%,可避免因速度波动过大产生振动现象。

针对大型钢结构件振动时效处理时激振装置适应性不足的问题,对当前惯性激振装置进行分析,设计一种多维振动时效激振器。运用TRIZ理论系统功能分析和因果轴分析,确定惯性激振装置适应性不足的原因,采用技术矛盾解决原理、物理矛盾解决原理、物-场模型法得到惯性激振装置适应性不足问题的解决方案,完成多维振动时效激振器结构设计,并对关键部件主支架进行了模态分析,验证了多维振动时效激振器设计的可行性。结果表明:该多维振动时效激振器具有适应性强、激振频率高、多维振动等优点,提高了振动时效处理工作效率和自动化程度,满足多维振动时效处理实际工作需要。

流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。

针对传统的刚性机器人在辅助人体康复训练时存在康复效率低、易造成人体二次损伤等问题,依据人体手指结构及其关节的运动范围,提出了一种由硅胶材料制成的三关节式软体驱动器。首先,根据Yeoh超弹性材料本构模型和虚功原理,在理想条件下建立了软体驱动器气囊的弯曲角度与输入气压之间的非线性数学关系,进而研究在一定气压下驱动器不同结构参数对其弯曲性能的影响;接着,通过有限元模型仿真得出了驱动器壁厚、底层厚度和腔室外直径对驱动器弯曲性能影响的显著性排序;最后,通过3D打印及模塑成型工艺,制作了三关节式软体驱动器,搭建了软体驱动器弯曲性能测试平台以测试其弯曲性能。结果表明随着输入气压的增大,软体驱动器弯曲角度的理论计算结果与实验结果的相对误差逐渐减小,当气压高于20 kPa时,其最小相对误差为1.48%;当腔室内部气压...

为提高逆流控制矢量喷管的气动性能,提出一种逆流控制矢量喷管的引射设计方案,在喷管外套管尾部沿切线方向引入一股射流,通过改变外套管内部流场及高速气流的卷吸作用,提高整个喷管的推力矢量角。运用数值模拟的方法,对原型喷管与引射式喷管(称为改进型喷管)在相同设计工况下进行计算,先后得到了流场的压力系数、马赫数、流线等分布情况并进行分析。研究表明引射会对推力矢量角及推力系数产生影响,与同等工况下的原型喷管相比较,改进型喷管的矢量角提高2.89°,推力系数提高0.72%;引射会增大主流两侧压差,同时对主流卷吸使其向上偏转;当引射压强增大时,改进型喷管主流两侧的压差也会随之增大,从而提高推力矢量角。

双喉道控制矢量喷管具有良好的推力矢量性能。为了进一步提高双喉道控制矢量喷管的性能,提出一种双射流双喉道矢量喷管的设计概念。在喷管的第二喉道处上壁面增加一个射流通道,给主流提供径向速度的同时也降低推力损失,既能增大推力矢量角,又能获得较大的推力系数。对该喷管二次射流设计参数进行数值模拟,结果表明二次射流流量比、入射角度都会对喷管的内部流态造成直接影响,从而影响推力矢量角、推力系数。由此方法得出的最佳推力矢量性能为最佳推力矢量角为16.5°时,相对应的推力系数为96.7%。

针对变直径圆捆打捆机液压系统结构复杂、工作效率低等问题,课题组设计了一套配合打捆机使用的液压系统,改进了打捆机压捆机构的结构。首先,分析变直径圆捆打捆机的结构和工作原理,优化压捆机构的结构;然后,依据液压系统中液压缸的运动与负载情况设计合适的液压回路,根据打捆机的技术参数,对液压系统进行计算;最后,通过AMESim软件仿真分析,验证所设计的液压系统的合理性。仿真结果表明:改进的压捆机构能够简化液压系统的结构,且满足打捆机的工作要求。

对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。

为改善现有大型冷凝器清洗装置对冷凝器管口三维定位的不足,便于操作人员远程监控清洗效果,设计冷凝器清洗机器人视觉系统。采用平行双目视觉结构模型,通过冷凝器管口轮廓识别和基于全多重网格算法的立体匹配,实现管口三维定位和表面重建。实验结果表明:该系统能够有效计算冷凝器各管口三维坐标;与传统方法相比,管板表面三维重建效果良好,能够满足冷凝器可视化要求。

针对铸造生产中广泛使用的串联式机器人在浇注作业中存在负载小、柔性度低和作业精度低等问题,提出一种新型的混联式重载浇注机器人;设计了一种基于2UPR-2RPU机构的3自由度并联工作臂,进行拓扑结构分析和自由度计算;通过建立并联工作臂运动学模型和静力学模型,分析机构支链长度随浇包转角的变化规律;分析支链受力状况、行程大小随支链在静平台上安装位置变动的关系,对并联工作臂的结构与参数进行优化设计。针对300 kg级浇包,优选出一组综合性能较好的结构参数,经过样机试制及测试,结果表明,并联工作臂的设计方案和结构参数较为合理。