基于挤出式生物3D打印原理,在对现有凝胶打印工艺进行改进的基础上,研制了一台可将凝固液雾化的新型生物凝胶三维打印机。提出了该生物凝胶打印机电系统总体设计方案,并设计了基于ARM-Cortex-M4内核的嵌入式控制系统和机械结构中的主要部件。同时优化了供液系统,解决了凝固液喷洒不均和较大尺寸凝胶成型件连续打印时供液不足的问题。该生物凝胶打印机通用性较好,可对多种材料且空间结构复杂的凝胶件进行打印成型。经实例验证,该生物凝胶打印机成型精度较高,打印速度快,安全可靠。

切割是农业机械领域无法回避的重要作业环节,切割系统的性能直接影响到整机作业效率和作业质量。作为切割对象的农作物秸秆特性各异,难以表征,且与钢铁材料的机械特性显著不同,因此秸秆切割问题更为复杂。针对秸秆切割过程中存在的切割能耗高、切割质量不理想及刀具磨损严重等问题,从切割理论、一般切割过程、切割试验方法和主要研究结论四个方面对国内外研究进行了综合阐述。指出了目前切割研究中存在的问题,并提出了继续推进切割研究的相关建议。

为实现加工方法选择的智能化,减少加工方法选择过程中隐含的经验化知识带来的不确定性,将本体技术引入到加工方法的自动生成中。首先,构建加工方法生成层次化表示模型,并采用OWL DL断言表示模型层次间的约束关系;其次,根据加工方法选择中的概念和关系,构建加工方法生成本体模型,采用网络本体语言OWL2描述其结构化知识。然后,根据加工方法设计领域的专家知识,考虑几何特征约束条件,使用语义网规则语言(SWRL)构建加工方法自动生成的推理规则,构建加工方法自动生成知识库,推理得到最合理的加工方法。最后,通过定位套筒零件表面加工方法自动生成,展示该方法的工作过程,并验证了方法的有效性。

针对老年人忘记服药及不便服药的问题,设计制作了一种智能温情助老药箱,它可以实现遥控送药服务、智能管理用药时间、智能语音提醒、智能信息显示等多种功能。在药箱的开发和设计中,采用了麦克纳姆滚轮,可实现药箱全方位遥控移动。将灵活的车体与功能完备的药箱相结合,使其更加智能化与人性化,大大增加了实用价值。

针对下肢康复外骨骼受众面小,应用环境受局限的不足,设计了一款康复机器人移动机架,不但可以加大下肢康复外骨骼的受众面,保证用户的康复效果,还能够保证用户在使用下肢康复外骨骼时具有良好的安全性。文中使用三维建模软件SolidWorks进行三维模型的搭建,并针对移动平台与外骨骼的连接部分进行了详细设计。使用有限元仿真软件Hypermesh对结构进行了静力学和一阶、二阶模态分析,证明了所选材料与设计结构满足实际要求,通过振动频率计算,证明了不会与外骨骼发生共振。使用动力学仿真软件MSC Adams对康复机器人移动机架进行了运动仿真,证明了其在±5°陡坡、颠簸路面的良好通过性。

有限元分析技术在机械零、部件设计过程中发挥着越来越重要的作用,它不仅缩短了设计周期,而且也大大提高了设计精度。连杆是机械臂中重要零件,也是易发生故障的零件,目前对它的设计、分析已广泛地采用有限元法。本文针对液压机械臂连杆的结构特点,应用有限元法对液压机械臂连杆进行静力分析和模态分析,研究连杆在不同情况下的应力、应变状态、振型及其危险截面部位,为连杆的设计和改进提供可靠的依据。

针对磅房罐车灰渣采样的现场情况,设计了全新液压控制采样装置。该采样系统借助液压泵站提供的动力,将安装到桁架梁上工作液压缸底部的采样头伸缩到车罐内取样,从而替代人工采样,大幅度提高作业效率和操作安全性,减轻作业人员的劳动强度。

针对汽车变数箱操纵器盖外形结构不规则,传统的装夹方法不容易夹紧,加工过程需要多次装夹,效率低的问题,设计了一种操纵器盖铣加工液压夹具。详细阐述了该夹具的结构特点、定位装夹方法及工作原理通过对操纵器盖外形结构及加工工艺进行分析,采取相应的拔模斜面对其定位,液压缸对其夹紧,并通过对其切削力和夹紧力的计算,设计了一套与其相配套的液压系统。实践证明该夹具结构简单,操作方便,加工过程实现了对工件的快速定位装夹,进一步完善和实现了操纵器盖的高效、大批量生产。

针对目前国内外选择性激光烧结打印机普遍采用PC工控机、运动控制卡或可编程逻辑控制器作为控制系统硬件平台,不仅操作复杂且价格昂贵等问题,设计一种基于ARM的激光烧结打印机控制系统。该系统以STM32控制器作为主控单元,丰富并完善相应的扩展电路以及人机交互界面等,可以实现对激光、温度以及电机运动进行控制。基于设计的控制系统搭建样机进行烧结实验,结果表明:该控制系统各模块运行稳定,加工件表面光滑、结构清晰,在满足基本工艺要求的同时大幅度降低了设备成本。

根据圆射流的射流条件建立了流场的CFD模型并通过计算流体动力学的有限元软件ANSYS对湍流射流外部流场流动特性进行了数值模拟。通过在外部流场入口处加入脉冲微射流对原本处于层流状态的射流外层边界层进行扰动并得到模拟结果从而分析在径向脉冲微射流的影响下外部流场的变化特性。在改变微射流的脉冲频率的情况下得到不同脉冲频率下的外部流场流动特性。通过对比得到的射流流场数值模拟结果与实验结果趋势一致并且与前人所得实验结果相吻合。