针对大型预应力钢筒混凝土管道外表面喷涂作业任务需求,设计了一种自行走式宏-微运动结合的5自由度喷涂作业机器人装备。对其进行构型与结构设计;建立涂层厚度数学模型,优化喷涂轨迹重叠距离,确定最优的喷涂轨迹间距;针对不同的喷涂轨迹喷涂单个管道所需的时间来选出最优的轨迹。结果表明当喷涂轨迹间距取最优值,喷涂路径为螺旋型时,所用时间最短,喷涂质量最佳。现场试验验证,该结构类型的喷涂机器人可以有效高质的完成大型管道外表面的喷涂作业且安全可靠。

在给定凸轮机构的运动规律和许用压力角的条件下,提出了一种基于Matlab按许用压力角设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的通用方法,克服了传统设计凸轮轮廓计算方法复杂,效率低且求解精度不高的缺点,能够保证凸轮机构在任何瞬时压力角都不超过许用压力角,有效地平衡了凸轮机构的尺寸紧凑和传力特性,系统解决了按许用压力角设计凸轮机构尺寸的综合问题,并结合Pro/E进行了凸轮三维实体的精确设计。仿真验证结果表明,凸轮机构的压力角满足设计要求。

为解决目前高速精密数控机床整体性能差的问题,设计了基于有限元分析的高速精密数控机床的床鞍机构。首先利用有限元软件在Pro/E软件中为某食品加工厂数控机床建立床鞍三维模型,在HyperMesh中拓扑优化床鞍,获取拓扑机构形态,划分网格,对床鞍增加制约与载荷,为设计床鞍机构奠定基础。然后采用变密度法拓扑优化床鞍机构模型,并根据优化结果,去除对床鞍静动态特征无过多作用的单元,设计床鞍新结构,提高床鞍抗扭及抗弯性能。设计结果显示所提方法设计的床鞍机构一阶特定频率在四类单元中均可达标,获取的床鞍优化结构最佳单元类型为工型单元;新设计床鞍机构质量减小近14%,最大变形量降低9%,大幅度提高了床鞍的静刚度,且频率更优,稳定性与抗干扰能力更强。

为提升行星齿轮传动重合度,提高齿轮传动承载能力,设计了高重合度内啮合摆线齿轮副机构并对其进行建模分析。通过有限元建模并结合光弹实验分析其齿轮静态啮合的受力状况,并在对标样机实验过程中对比添加该齿轮副机构后的RV减速机和对标减速机的性能,可知该齿轮副机构实现了内啮合齿轮传动的高重合度,且提高了减速机的承载能力,证明了该内啮合摆线齿轮副机构性能的优越。

凭借前足"挖-扩"式掘进方式,蝼蛄可以实现高效、快速的地下掘进。为了更好的利用这一优良特性,使用高速运动采集系统对蝼蛄前足的挖掘运动进行采集,使用Didge与Matlab软件对其进行运动学分析,并构建运动轨迹曲线。根据蝼蛄前足运动特性及运动轨迹,设计了一种基于曲柄滑块机构的仿生挖掘机构。仿真模拟结果表明,该机构的运动轨迹、速度及加速度特性等与蝼蛄相似,可以实现"挖-扩式"运动,证明了机构的可行性。其结果为触土工作机构的仿生设计提供了一种新方案。

为进一步提高薄板板材卷制和弯曲的加工精度,设计了一款小型薄板卷板机,分析了同步调节机构的工作原理,并试制了样机。试验结果表明,卷板机功能齐全,稳定可靠,可实现调节辊轴两侧的同步升降调节,产品精度达到±0.3 mm,提出的装配检测标准对同类产品的制造具有一定的指导意义。

对于患有脑瘫偏瘫类疾病的婴幼儿,考虑到传统运动疗法效率低、治疗效果不明显等问题,设计了一种辅助脑瘫儿童进行规范爬行训练的爬行架,介绍了其结构组成。将可变长度摇杆的连杆机构与爬行训练机构相结合,对爬行训练机构进行运动学分析,基于Matlab软件规划患儿训练过程中手臂与膝部的运动轨迹,摇杆长度的变化改变了训练过程中手膝步距的大小,可适应患儿不同强度的康复训练需求,具有实际的应用价值。

为了使仿人机器人在迎宾、表演时更加地生动形象,在现有仿人机器人基础上加入了颈部结构设计,让机器人能模拟人体颈部的简单动作,从而最终实现机器人更好的情感表达。在对人类颈部结构特点和脊椎进行生物运动分析的基础上,提出了一种仿人机器人颈部的机械结构设计方案。以SolidWorks为关键三维建模软件,建立颈部机构的理论三维模型。根据三维模型对主要受力点进行受力分析,对主要结构进行拓扑优化,从而设计出实用、稳定的颈部机构,最终实现机器人点头、摇头动作。