基于AMEsim的汽车电磁助力器系统设计

对电磁助力器的电磁力进行计算,之后对电磁力作用效果进行了分析。并通过AMEsim软件对电磁助力器系统制动效果进行验证,验证结果表明,电磁助力器比真空助力器制动效果突出,在紧急制动时,能在较短的时间内达到最大助力比,提高制动效率。     

基于肌电信号控制的手臂助力器研制

为满足劳动者在丘陵山区工作过程中对助力和减负的要求,设计一种基于肌电信号控制的手臂助力器。该助力器由固定结构、测量控制系统、动力系统三部分组成,通过体表肌电传感器检测由中枢神经系统传递给人体手臂肱二头肌和肱三头肌的肌电信号(Electromyography Signals,EMG),判断小臂运动方式,从而单片机控制电机推拉杆辅助小臂进行运动。经过实验与实际测试,该助力器最大有效辅助提升43.27kg的重物,并能准确灵活地实现助力功能要求。     

针对农用型下肢外骨骼运动学分析的旋量解法

农用型下肢外骨骼机器人是一种伴随农作者运动并提供有效负载和支撑的仿人下肢机器人,在田间劳作时,农用型下肢外骨骼在人体进行特定采摘动作的支撑和稳定过程中拥有复杂的动态系统,因此对农用型下肢外骨骼的正逆运动学分析变得更加重要。而对于农用型下肢外骨骼机器人运动学的分析,现有的运动学模型解法复杂且无法避免奇异位形的出现,在分析现有的运动学解法后,提出了一种基于旋量理论的运动学算法。结论表明,基于旋量理论的正逆运动学分析能从整体上对农用型下肢外骨骼进行描述,不仅简化了算法,提高计算效率的同时还避免了机构的奇异性。最后将所建立方程导入Matlab软件进行仿真分析,通过对比验证基于旋量理论建立的正逆运动学的可行性和准确性。     

装载机多路阀气动操纵系统设计

论述了装载机现行的操纵机构，对液压先导操纵阀的应用局限性进行了分析。介绍了气动助力器的工作原理，通过对操纵手柄上的期望力的分析计算获得满足性能要求的操纵力。装载机操纵机构借助助力器的助力作用，可以用较小的操纵力对装载机进行轻松操纵，从而使操作轻便灵活。     

气动柔性关节仿生六足机器人步态规划与运动性能研究

采用自主研发的气动多向弯曲柔性关节设计了一种仿生六足机器人。该机器人外形类似蜘蛛,利用腿部柔性关节在气压下的形变进行驱动。针对机器人腿部运动的特点,采用三角步态法,规划了机器人的行进和转弯步态,进行了仿真和实验。依据关节形变机理,建立了机器人运动学模型,确定了本体和足部位置关系,分析了机器人的步距、转角和整体速度,并通过实验加以验证。利用3D运动捕捉系统进行了机器人运动学实验,获得了机器人足部工作空间,分析了在不同气压、步频和负载条件下机器人的运动性能。实验结果表明,按照规划步态,通过气压控制系统协调腿部运动,机器人可实现前进、平移和转弯等功能。该机器人最大运动速度为100 mm/s,可负载能力为0.5 kg。     

小型山地履带拖拉机爬坡越障性能分析与试验

小型山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)在田间行驶时,常遇到台阶、砖头、石块、田埂等障碍,严重影响其通过性及稳定性,进而引发侧滑甚至倾翻等安全问题。为此,选取最难跨越的台阶作为研究对象,对山地拖拉机爬坡越障性能进行研究。首先,对山地拖拉机爬坡时跨越台阶的运动过程进行分析,得到求解最大越障高度的计算公式;然后,基于多体动力学分析软件Recur Dyn进行了正交和单因素变量仿真试验,仿真结果表明:越障速度、坡度角和拖拉机质心位置均显著影响山地拖拉机的最大越障高度,增大越障速度和质心-支重轮距、减小坡度角和质心高度均可提高山地拖拉机的爬坡越障性能;最后,基于自主设计的山地拖拉机进行了爬坡越障田间试验。结果表明,在速度1.6 km/h、坡度角为0°～15°工况下,试验结果与理论计算及仿真试验结果基本一致,理论计算与仿真试验的最大相对误差分别为5.17%、6.47%;在坡度角大于15°工况下,理论计算与仿真试验最小相对误差分别为13.25%、19.21%。说明所得到的山地拖拉机最大越障高度计算公式及仿真模型在坡度角为0°～15°时有效。     

黄牛在松软地面行走步态的逆向动力学分析

采用高速摄像技术,对黄牛在春耕前的水稻田上行走时肢体的运动形态进行了分析,得到了黄牛的步态参数。利用逆向动力学方法,建立了黄牛在水稻田上行走时的运动学方程。结合实例计算结果,分析了黄牛质心的位移、速度、加速度和土壤作用力的变化,讨论了黄牛在水稻田上行走时的运动特性。该方法为研究和设计松软地面步行机械的运动方式和步法协调提供一定的理论基础。     

基于MATLAB的膝关节康复机器人的运动学分析及仿真

近年来,随着下肢运动障碍患者逐年增多以及社会老龄化的趋势,康复行业发展变得十分紧迫。本文在原有下肢康复训练机构(曲柄摇杆机构)的基础上,通过研究正常青年人步态下的膝关节运动规律,并利用MATLAB进行运动学仿真,得到一个正常青年人在步态下膝关节的运动角度、角速度及角加速度在一个步行周期内的变化关系图,为康复机器人控制系统的研究提供必要的理论依据和参数。     

三平移刚柔混合并联机构优化设计与动力学分析

提出了一种三自由度绳驱动并联机构,其包含3组同组平行、异组交叉结构的绳系支链和1组被动弹性支链,具有轻质量、高加速度、大工作空间等特点。基于封闭矢量方法推导了机构运动学方程,并分析了机构可达工作空间和任务工作空间以及中间弹性支链对工作空间范围的影响;基于达朗贝尔原理推导了机构的平衡方程,利用边界搜索法、控制变量法建立了中间弹性支链的结构参数与绳索驱动力之间的关系,在保证机构满足高加速度及任务工作空间的条件下,以绳索的驱动力为优化目标对弹性支链结构参数进行优化,确定了合理的弹簧弹性系数和初始长度。采用拉格朗日方法建立了机构的动力学方程,并通过联合Matlab数值计算与ADAMS仿真验证了动力学方程的正确性。最后,基于优化结果设计了试验样机,并通过试验验证了机构运动学方程的正确性。     

空间全柔性并联机构动力学分析

针对精密柔性机构多自由度高精度运动的需求,以传统Delta并联机构为基础,设计了一种采用压电陶瓷驱动方式的空间柔性并联机构,基于伪刚体模型进行运动学分析。将从动臂质量分布作简化处理并主要考虑结构中柔性铰链的弹性应变能,利用拉格朗日方程建立动力学弹性振动微分方程,得到其固有频率表达式,并结合实际结构参数得到了相应的理论结果。3个主要运动方向的三阶固有频率的试验结果和理论分析结果误差分别为:12.71%、12.14%和14.90%,有限元仿真结果和试验结果误差分别为:6.20%、5.66%和10.28%,表明理论分析时所作的简化处理合理,得到的动力学数学模型有效、可信。     

林果业修剪机械手的设计与试验

通过对以往林果业绿篱修剪情况的分析,发现采用人工修剪绿篱时,存在人工劳动强度较大、工作效率较低等问题,限制了林果业绿篱修剪水平的提升。随着科学技术的发展,绿篱修剪机械手逐渐被提出来并投入研发中。为此,设计了苗木修剪机械手,且通过D-H矩阵理论,实现对苗木修剪机械手运动学正解、逆解的求解,将其应用于实际林果业修剪工作中。文中对林果业机械修剪手的总体设计进行了阐述,分析了林果业修剪机械手的主要结构及运动学正解、逆解,并通过仿真及试验,验证了林果业修剪机械手的设计效果。     

ADAMS环境下多关节型双足步行机器人步态仿真与结果分析

本研究应用虚拟样机的设计方法,在仿真软件ADAMS中建立多关节型双足步行机器人下肢行走机构的参数化仿真模型,应用ADAMS软件下的五次插值函数对行走姿态进行了规划,添加外部环境参数进行仿真试验,通过分析仿真过程截图、关节位移曲线以及比对关节位移曲线和规划关节角,验证步态规划的有效性。后期物理样机输入运动控制程序进行现场实验,其结果与仿真结果基本一致,进一步验证了双足机器人三维仿真的正确性,说明本设计的机器人步态建模方法与行走仿真具有较强的工程实用性。     

高地隙自走式植保机械喷杆系统结构优化与研究

我国植保机械相对国外较落后,存在农药利用率低、劳动强度大及农民中毒现象频发等问题。为此,对高地隙自走式植保机械喷杆系统结构做了简要叙述,并对喷杆展开机构进行了自由度分析计算及运动学理论分析;同时,运用ADAMS仿真软件对喷杆展开机构进行了运动学仿真分析,提出了将液压缸替换为电推杆的优化方案,并对优化后的方案进行了运动学仿真分析。结果表明:优化后的展开性能明显提高,这一改进为自走式植保机械的进一步发展提供了依据。     

丘陵山区自走式马铃薯联合收获机设计与通过性试验

针对丘陵山区马铃薯联合收获机短缺、履带底盘通过性较差等问题,设计了一款包括底盘行走装置、多级输送分离装置的自走式马铃薯收获机,开展了底盘通过性和机器收获性能理论分析。首先,对收获机底盘坡地行驶、越障性能进行理论分析,获得底盘通过性的临界参数;其次,对收获过程中马铃薯运动学进行分析,得到关键工作部件的相关参数。与此同时,运用RecurDyn仿真软件对整机进行多体动力学仿真分析,获得自走式马铃薯联合收获机适用于丘陵山区横向与纵向坡地及跨越壕沟与直壁的相关运动参数。仿真结果表明：纵向坡地行驶的最大爬坡角度为28°、横向坡地行驶的最大坡度角为20°、整机跨越垂直障碍的最大高度为150 mm、最大跨越壕沟宽度为300 mm。田间试验结果表明：收获作业时伤薯率为1.92%、破皮率为2.86%。收获机满足纵向坡度25°稳定行驶要求,跨越300 mm壕沟,翻越150 mm直壁,与仿真结果保持一致,验证了仿真的准确性,满足履带马铃薯收获机行驶通过性的设计要求。该研究可为丘陵山区根茎类履带式收获机的设计提供理论基础与参考。     

全方位步行机的概念及其步态探讨

提出全方位步行机的概念,并对全方位步行机的步态理论进行了初步探讨;提出并证明了研究全方位步行机稳定性的定理及推论。     

人体下肢康复机构的研究与分析

本文以剖析人体下肢解剖学理论为依据,设计了一种基于混联机构原理的新型下肢髋、膝、踝关节运动矫正机构。该机构按照正常人体下肢基本尺寸范围,对下肢运动矫正机构的结构进行了数学建模并进行了运动学仿真分析,验证了该并联机构可以有效辅助运动功能障碍者恢复健康,并应用Pro/E强大的三维建模功能进行建模。该机构结构简单、工作空间较大、刚度大,适用于不同群体。     

一种新型攀爬机器人的设计与性能分析

针对杆状建筑的换装和清洗等问题,根据冗余理论设计了一种新型攀爬机器人,采用了气缸夹持机构和凸轮机构作为攀爬机器人。研究了攀爬机器人在攀爬过程中的步态,并对夹持机构进行了D-H参数运动学正向求解,分析了夹持机构的运动位移方程。利用ADAMS对机器人攀爬过程进行仿真,分析了攀爬过程中的上下夹持机构位移、速度和夹紧力的变化情况。仿真结果表明,攀爬机器人可以按照预设步态平稳地完成运动,速度最大为9.5 mm/s,夹持机构的夹紧力有一定的波动,但对机器人的攀爬稳定性影响较小,该夹持机构爪部可偏转,对锥状柱体的抓取也有一定的适应能力。     

汽车发动机盖改进对行人碰撞伤害的模拟

研究了汽车与行人碰撞的动态响应及伤害程度。基于多刚体力学理论建立行人数学模型,模拟碰撞事故中行人的动态响应;对行人模型的运动学响应与真实事故进行了比较,并计算了头、胸、下肢等人体各部分与损伤相关的参数。将汽车发动机盖自动升高,为减轻对行人的伤害提供了一定的研究依据。     

水稻插秧机后插式分插机构运动分析与试验

对水稻插秧机后插式分插机构进行了分析。通过秧针端点运动轨迹上的6个特定点,对后插式分插机构的运动学特性作了理论分析和计算机模拟,并利用高速摄像对机构运动学分析进行了试验验证。理论分析和田间试验表明,后插式分插机构的结构参数选择合理,插秧性能优良。     

绿茶杀青机茶叶颗粒运动学仿真分析

绿茶杀青及炒制加工过程中,杀青炒干机核心构件滚筒的结构参数及转动速度对绿茶的卷曲成形起着关键作用。为优化设计滚筒式杀青炒干机的滚筒结构尺寸,制定有利于茶叶卷曲成形的工艺参数,提出一种茶叶杀青过程中的茶叶颗粒运动学分析方法,推导茶叶颗粒运动学方程,基于EDEM软件进行运动学仿真,进而对不同滚筒转速下的理论计算结果及仿真结果进行分析对比,仿真结果验证了在常规杀青工艺的速度下,茶叶颗粒运动学模型的正确性。通过研究,获取优化的滚筒结构参数和改进的生产工艺：导叶板倾斜角调整到15°,茶叶炒制过程中,杀青时滚筒转速为25 r/min,成形时滚筒转速为40 r/min。研究为后续优化设计滚筒关键结构尺寸及绿茶杀青工艺参数优化提供理论参考。