基于连杆式和绳轮式欠驱动机构的特点,提出了一种反推式绳轮新机构。介绍了反推式绳轮机构的结构原理及运动特性,完成了用于物料袋抓取的新机构三指节机械手的结构设计。首先,基于平面力系平衡方法对三指节机械手进行静力学分析,采用Adams软件静力学仿真初步验证了静力学分析的准确性,并与连杆式及传统绳轮式结构进行对比仿真,验证了新机构力转换率高的特性;然后,对三指节机械手进行了简化建模、运动学包络抓取仿真和静力学抓取接触力仿真。结果表明,三指节机械手具备移动式包络抓取的能力;但当前设计存在接触力分布不均的缺点,需要进一步优化。

为了探究端曲面齿轮防滑差速器的运动特性和防滑性能,基于端曲面齿轮副啮合原理和差速器工作原理,建立了端曲面齿轮防滑差速器的静力学模型,分析了端曲面齿轮副阶数、偏心率以及转速差对差速器转弯时运动特性的影响;利用Adams软件对端曲面防滑差速器的防滑特性进行了动力学仿真。结果表明,与普通圆锥差速器相比,端曲面齿轮防滑差速器具有显著的防滑特性,防滑系数可达2.5。通过简化端曲面齿轮防滑差速器模型,搭建差速器实验平台,得到了非圆行星齿轮偏转角速度,验证了在差速状态时其理论值的准确性。

提出了一种新型活动柱销式精密摆线减速器。首先,阐述了活动柱销式摆线减速器的传动原理与结构特点,该新型摆线减速器设有活动柱销输出机构,将输出柱销与柱销孔之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦,可显著提高减速器传动效率;其次,对关键传动零部件的静力学特性进行了计算,分析了摆线齿廓修形和柱销孔配合间隙分别对摆线传动啮合力和活动柱销接触力的影响;然后,基于有限元技术对减速器整机的模态特性进行分析,获得了减速器各阶固有频率和振型特征;最后,完成了活动柱销式摆线减速器物理样机制造并进行了传动效率测试,为工业机器人精密减速器产品创新提供了一种有效的技术方案。

基于多体动力学软件RecurDyn平台,结合某款汽油发动机正时带传动系统的布局设计参数,建立了该正时带传动系统的多体动力学仿真模型。通过理论与仿真计算,分析了带轮与正时带的静态接触力误差产生的原因,研究了正时带张力与传动误差的变化规律,并通过频域分析,分析了啮合频率与激励频率的响应特性。研究结果表明,基于RecurDyn的正时带传动系统多体动力学仿真技术可以为正时带传动系统的动态特性分析与性能评估提供一种有效可靠的研究方法。

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。

针对人口老龄化带来的市场需求问题,基于马斯洛需求理论和人机工程学设计了一种多功能智能医疗床。根据市场调研和数据分析,确定驱动与停止功能、姿势变化功能、人机操作界面、辅助生理功能,并设计相应机构。基于Pro/E软件设计医疗床的三维模型,采用Matlab进行理论计算,利用Adams软件对主要机构进行仿真和运动学分析,利用ANSYS软件对智能医疗床的关键零部件进行静力学分析。研究结果证明,医疗床方案可行,满足强度和刚度条件,变形角度达到设计要求,参数设计合理,满足人体工程学。

针对目前综采工作面回撤过程中液压支架回撤工期长且安全性低的问题,设计了一种安全高效回撤液压支架的工字形回撤装备。通过SolidWorks建立了工字形回撤装备的三维模型,借助ANSYS Workbench开展了卡链器的静力学分析,并进行了模态分析,得到前6阶固有频率和主振型。结果表明:卡链器的最大变形量发生在顶部,变形量为0.18 mm,小于0.2 mm;最大应力集中在链条槽处,应力值为193.89 MPa,小于其许用应力245 MPa,卡链器模态分析的前6阶固有频率范围为1471~3484 Hz,验证了结构的合理性。

首先提出了一种新型挖斗可偏转挖掘机工作装置的结构,并详细描述了其关键部件偏转油缸的结构和工作原理。然后依据直线运动油缸输出力和挖掘阻力分析了在最大挖掘力瞬间偏转油缸的受力情况。最后对偏转油缸进行了静力学分析,分析结果显示,外部结构中应力最大值为208.59MPa,变形最大值为0.182mm,内部结构中应力最大值为237.81MPa,变形最大值为0.162mm,均符合各自材料的使用要求。

机器人底盘作为导盲机器人的基础部件,需要保证其稳定性和可靠性。利用SolidWorks建立底盘结构三维模型,然后导入ANSYS Workbench中对底盘模型进行静力学分析、模态分析和谐响应分析。静力分析结果表明底盘受到的最大应力为37.813 MPa,计算得到安全系数为5.4,底盘结构的强度满足要求;模态分析得出底盘结构的各阶固有频率和振型,根据底盘结构的固有频率选择符合要求的电机,避免底盘在驱动电机的激振作用下发生共振;谐响应分析得到减震支架发生共振的频率、共振幅值,为机器人底盘结构的进一步优化设计提供理论依据。

针对需要特殊护理人群的市场需求,设计了一种基于人机工程学的多功能智能轮椅。通过市场调研和社会调查,确定智能轮椅应具有行走功能、对接功能、升降功能和其他辅助功能,并设计了对应的执行机构。基于CATIA软件建立了轮椅的三维模型,利用ADAMS软件对智能轮椅的对接功能模块进行运动分析,判断了机构的可行性。通过ANSYS软件对智能轮椅的关键零部件以及对接功能模块进行了静力学分析,满足刚度和强度条件。试制的实物样机测试表明,轮椅的各项功能均已实现,其最大行驶速度、前伸速度、爬坡角度、承载能力等指标均符合国家标准,并满足人机工程学。