基于人体行走的生物学特征及人体各部分尺寸,设计基于液压驱动的助力外骨骼机器人机械结构;运用ADAMS软件建立机械系统多体动力学模型,验证所设计机构可行性;对外骨骼运动学模型进行分析,并结合人体标准步态设置相应的参数,得出外骨骼机器人关节角度和液压缸伸缩量的曲线,从而为上位机的调试提供理论基础.

设计一种用于老年人日常生活腰部助力的外骨骼机器人,该可穿戴式腰部助力机器人利用气动肌肉实现轻量化,穿戴舒适同时柔性助力。本着服务老年人的目的,这套机构采用了柔性外骨骼的设计结构,可以给使用者动作进行时提供腰部所需助力,借助气动肌肉进行身体和腰部需要的地方助力。进行了外骨骼的柔顺控制研究和柔性可穿戴式机构设计,实现老年人的躺到坐、坐到直立等运动。该机构主要是提供助力,从而达到预期的结果,可以缓解日益严重的老龄化带来的日常生活问题。

为得到较为精确的气动肌肉数学模型,搭建了气动肌肉特性分析实验平台,对实验数据进行拟合得到了气动肌肉数学模型。对单根气动肌肉固定负载进行了动力学分析,得到系统状态空间模型,进行滑模控制研究,并进行了气动肌肉滑模控制仿真分析。仿真结果表明:采用滑模控制具有较好的跟踪效果及较快的响应速度等特点。

针对双连杆柔性机器人臂,设计了非线性自适应鲁棒控制器,该控制器基于动态反馈,实现刚性模式鲁棒调节及弹性振动抑制。由于高度非线性双连杆柔性机器人臂受间隙、有效载荷变化及外部干扰等不确定因素影响,非线性自适应鲁棒控制器设计具有较大挑战性。该设计针对未知干扰,通过内部模型与鲁棒稳定器并行的方式进行自适应调整,稳定器采用进化算法进行优化,提高了自适应鲁棒性。

研究基于液压驱动的下肢外骨骼机器人,旨在实现人体下肢的运动康复。设计结构紧凑型液压驱动下肢外骨骼整体机构。建立了下肢外骨骼多连杆机构模型,基于拉格朗日法对模型进行动力学分析。针对下肢外骨骼的快速随动控制提出了一种滑模控制器,并运用MATLAB进行了控制仿真模拟,仿真结果表明,外骨骼采用该控制算法具备良好的跟踪效果。搭建了外骨骼系统软硬件平台,通过预设步态跟踪控制实验,验证了机构的合理性与控制算法的有效性。

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明:外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明:设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应

高精度、高效率地切断厚度薄且韧性强的坡莫合金薄带,是保证非晶磁性防盗标签生产质量与产能的关键。文中分析了坡莫合金薄带切断机的工艺难点,针对具体工艺要求,将切断机分解成送料组件与切断组件两大功能模块进行结构设计,提出了切断机的控制系统硬件结构,计算了关键运行及性能参数,制造了样机,在声磁标签生产企业进行了实地性能试验,经过调试及误差补偿,切断机样机切断精度稳定在(37.5±0.03)mm/片,切断效率达到1800片/min,均达到了生产工艺要求,彻底解决了坡莫合金原料薄带(厚度为0.02 mm)的高效、高精度(±0.05 mm)分切的生产工艺难题。

针对高速刀柄与主轴锥孔离心膨胀不匹配的问题,设计了一种新型高速刀柄。刀柄采用实心短锥、双面定位结构。刀柄上安装有离心力驱动液压弹性膨胀系统,用以补偿刀柄与主轴锥孔的离心膨胀差。阐述了新型高速刀柄的结构原理,对刀柄几何参数和配合过盈量进行了设计;利用ANSYS有限元软件分析了刀柄的极限转速及与主轴的径向连接刚度。研究结果表明,新型刀柄与同规格的HSK高速刀柄相比,极限转速提高了约38%,且径向连接刚度也有所提高,适合用于高速加工。