为适应卓越工程师培养和工程教育认证的要求,笔者针对"液压与气压传动"课程的特点和性质,根据培养目标和现有的实验条件,通过优化设计课程教学内容,以模块化的知识内容为主线,结合相应的项目和实验,建立课堂教学、项目和实验的一体化课程体系,开展理论教学和应用的探索和实践,从而增加学生学习的兴趣和主动性,提高学生的工程应用能力,以及分析和解决复杂工程问题的能力。

研究开发了一种多模式柔顺膝关节康复器,提出了无杆气缸＋气动柔性驱动器的复合驱动技术,保证了对膝关节康复训练柔顺性和大行程的要求。设计了康复器的结构和控制系统的软、硬件,并对康复器的驱动力进行了分析。所研发的康复器可实现膝关节主动、被动等多种模式的康复训练。

气动系统已广泛应用于工业生产中,其工作时排出的气体直接进入大气,因而浪费了大量的能量。该文以聚偏二氟乙烯(PVDF)压电片作为能量收集器核心部件,对排出的压缩气体进行了能量收集。设计了多悬臂梁振动能量收集器,利用ANSYS有限元仿真软件分析了压缩气体进入能量收集器后的流场,通过试验测试了压电片发电效果。结果表明,入射口直径、扰流柱直径、入射口压力和入射口距扰流柱距离都会影响压电片发电效果。当入射口压力为80 kPa,负载电阻为900 kΩ时,能量收集器总功率约为120.64μW,与其他收集器相比提高了28.8%。

设计了一种新型环纵肌复合的气动仿蠕虫软体机器人,详细介绍了其结构设计与试验过程。基于蚯蚓运动模型,分析了软体机器人直线运动及转弯运动原理。设计了各气腔充放气时间,确定了机器人运动周期,进行了软体机器人直线运动、转弯运动、爬坡运动和越障运动等试验研究。结果表明:该机器人最大爬行速度为18mm/s,一个周期内能转过37.8°的角度,最大爬坡角度为17.8°,能够跨越高6mm的障碍物。

对电磁换向阀,速度控制阀和消声器等气动元件进行了流量特性试验,试验结果表明了导入ISO流量扩展式的必要性,并直观地分析了引入的参数n,m,a对流量特性曲线形状的影响.将ISO流量扩展式应用于气动元件流量特性的描述中,证明了扩展式的导入对准确描述气动元件的流量特性是十分有效的.

文中首先引入了描述气动元件流量特性的ISO流量扩展式，并在此基础上提出了多个气动元件串联连接时流量特性的一种合成计算方法。以电磁换向阀、速度控制阀和消声器为研究对象，通过计算结果与实验结果的比较，证实了该方法的有效性和准确性。

一般来说，由真空发生器构成的真空系统在工作时需要连续的供气，空气消耗量很大，为节省能源，可选用小直径的喷嘴；另一方面，自动化生产线的动作节拍通常对真空发生器的响应时间提出了较高的要求，此时需要选用大直径的喷嘴。针对这一矛盾，文中构建了一种由两个真空发生器构成的双喷嘴真空系统，根据系统不同的真空状态，可实现双喷嘴和单喷嘴之间的切换。对真空切换控制方法进行的仿真和实验研究表明，将双喷嘴真空系统的切换真空度值确定为等于（或略小于）由响应时间所对应的真空度值是比较合适的。对双喷嘴真空系统进行的实验结果表明，与单喷嘴真空系统相比，在一定的控制条件下，该系统可实现快速响应和低耗气量。

利用康复训练器械对受伤下肢进行及时的康复训练是提高下肢康复质量的有效临床干预手段。结合近年来国内外的主要研究成果，分析总结了下肢康复训练器械的研究现状，按驱动方式的不同将下肢康复训练器械进行了分类并分析了各自的特点，同时指出柔顺性、安全性和智能化是下肢康复器械未来的发展方向。

研究建立了充气伸长型气动柔性驱动器的静动态数学模型并进行了试验研究。结果表明：气动柔性驱动器充气阶段腔内压力的平稳性受惯性负载和外力负载的影响惯性负载和外力负载越大压力平稳性越差。外力负载是影响气动柔性驱动器位移输出的主要因素外力负载越大位移越小。研究结果为气动柔性驱动器的控制提供了理论依据。

针对目前使用的射流式真空发生器耗气量大的局限性，提出了一种带可调锥的流量自调式射流真空发生器的新结构。为了解决该真空发生器在减少耗气量与维持真空度之间的矛盾，以寻求最佳的流量调节方案，需要对调节过程的二维流场和可调锥的受力进行高精度的分析。为此对该型真空发生器内部超音速流场进行了数值模拟，分析了可调锥的不同工况对流道内流场中压力和马赫数分布的影响规律。结果表明，随着可调锥进入真空喷管喉部距离x的增大，可调锥对真空喷管内的流场扰动加剧，真空发生器的引射能力减弱。因此，为了保证正常工作所需的真空度并达到最大的节能效果，应将可调锥进入真空喷管喉部的距离控制在一定的范围内。分析表明，如果可调锥进入喷管喉部的距离不超过2mm，则可使最低真空度大于65kPa，并能减少30％的耗气量。...