为应对传统液压电磁换向阀不能长期供电和油液对温升敏感等工况,以三位四通液压换向阀为载体设计一种新型三稳态电磁换向机构,机构快速换向性使得阀口迅速关闭导致管路产生液压冲击,故引入磁流变阻尼技术,将“剪切-阀”式磁流变阻尼装置沿阀芯轴线串联,通过控制阀口关闭速率以缓解液压冲击对系统的不良影响。仿真结果表明:主动控制阻尼的换向过程随着阻尼力的增大而放缓,管路液压冲击峰值随之减小且振荡时间随之缩短,但由于换向时间较短,变阻尼装置响应能力有限,不建议其采用闭环控制。

针对下肢外骨骼机器人在使用过程中,负重重心在矢状面垂直方向上的轨迹波动造成的能量消耗和冲击等问题,在常规双驱动单元外骨骼的髋部和背部设计了一种新型的连杆绳轮机构。该机构使外骨骼所承载的负重在人体重心在矢状面内做波浪形轨迹运动时与之做方向相反的运动,减小负重重心的轨迹波动,增加人体负重行走时的稳定性。在分析人体重心在行走状态下矢状面内的运动轨迹的基础上,确定了新机构的结构方案和尺寸。运用Denavit-Hartenberg方法和连杆设计理论求解出外骨骼在装备和未装备髋背机构时负重的重心轨迹,最后通过ADAMS的运动仿真进行验证,结果表明:这种髋背机构可明显降低负重重心的轨迹波动。

以双线圈内绕型剪切阀式磁流变阻尼器为研究对象,根据其磁场自封闭性,采用磁路法建立磁路数学模型。通过关键结构参数进行定性分析,得到活塞台阶间隙处磁感应强度近似化的结构优化依据。利用Ansoft Maxwell有限元仿真软件进行验证,结果表明:对于双线圈甚至多级线圈的内绕型剪切阀式磁流变阻尼器,采用磁路法进行初期设计计算有效且精确。

针对液压换向阀中双稳态电磁换向机构采用经验法试算永磁体和迭代校核结构的设计计算繁琐的问题,利用磁路法推导出全局优化模型并得到了Maxwell仿真验证,基于工程实际提出约束条件,利用MATLAB中fmincon函数模块进行求解,经过工程化处理得到较为理想的结果。优化模型使得设计目标更为明确,计算过程更为简洁,一定程度上提升了设计效率。