机械臂的轨迹规划和控制的前提,是进行机械臂的正运动学分析。目前,主要的分析方法为D-H参数法。提出了一种比D-H法更快捷、更简单、利于计算的旋量理论方法。通过指数积公式对双臂作业系统进行运动学建模并建立正运动学方程。运用Simpack软件对双臂作业系统进行仿真分析,通过仿真的结果和正运动学方程所求解的结果对比,验证了通过旋量理论建立的正运动学模型的正确性。利用Matlab软件进行工作空间的分析,通过工作空间云图的对比,得到双臂作业系统的工作空间。

为了研究人机携行外骨骼行走过程中多相交替过程下运动学参数的变化规律,基于D-H坐标系对外骨骼建立运动学模型,运用Newton-Euler递归公式计算出行走过程中的运动学表达式。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过位移姿态传感器对人体行走过程中各关节参数进行了测量与分析。基于西南交通大学第三代人机携行外骨骼为研究对象,在Adams环境中建立虚拟样机,以人体运动参数为驱动,对外骨骼进行运动学仿真,并以双腿多相交替过程为切入点,对仿真结果进行了分析。结果可为人机携行外骨骼驱动的测控系统提供可靠依据。

针对液压启闭机-弧形闸门,为研究其振动传递并提出有效抑振措施。本文通过建立其三维实体模型,并建立其动力学方程,理论分析液压油的刚度阻尼特性,在Simpack中建立液压启闭机-弧形闸门耦合动力学仿真模型,并以液压系统为振动源,通过设置基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器并进行参数优化来抑制振动传递,结果表明:基座隔断阻尼器和闸门隔断阻尼器能有效抑制振动的传递,并得到两阻尼器刚度与阻尼的优势区间,基座隔断阻尼器刚度为1×104~1×105N/mm,阻尼为100~2000 Ns/mm;闸门隔断阻尼器刚度为1×104~5×105N/mm,阻尼为100~2000 Ns/mm。

应变测量是研究起重机箱形梁强度问题的重要手段。过去对起重机箱形梁应变的实验研究基本上都是在静态或准静态下进行的，以测量系统的输出量来估价被测量，重点分析测量数值的误差，结果是输入与输出的数值上的对应关系，不具备信息分析与实时处理功能。而起重机在实际工作中处于一定的运动状态，另外由于重物的晃动、轨道不平等原因，其应变是随时间动态变化的。传统的静态测量系统就不能准确地模拟结构的动态应变。

铁路的高速发展对长钢轨铺换车(简称换轨车)提出了更高的要求。为解决现有换轨车体积大、易掉道和工况适应能力差等弊端,研制出一款全液压伸缩臂式换轨车,利用换轨部件、伸缩臂和配重等的设计来解决上述问题。采用理论计算、有限元法以及实验测量对载荷进行详细分析,并根据实际作业情况设定6种工况,建立虚拟样机进行有限元分析,得到其静力学、动力学分析结果。结果表明,设计的换轨车符合要求,其三节臂腹板是应力危险位置,且容易失稳。今后对于类似换轨机械考虑动载时可以取不小于1.2的动载系数。

通过对某水利工程液压启闭机-闸门系统进行三维建模,以流固耦合动力学为理论基础,在Ansys中采用流固耦合的方式对启闭机在水流冲击及液压脉动作用下的瞬态动力学计算,分析系统的振动响应。结果表明:液压启闭机-闸门系统振动随着闸门开度变大而减小,且在启闭机闸门开启前后振动趋势最明显。减少液压缸脉动压力幅值,可以有效减少系统振动。

基于电磁学理论分析了永磁涡流制动基本原理,建立了制动力矩关于永磁体充磁厚度和底面直径、磁极对数、感应盘厚度、空气间隙厚度等参数的数学模型。对比分析了解析计算与Ansoft Maxwell仿真结果,验证了数学模型的准确性和实用性。探究了磁极对数、永磁体厚度和底面直径、空气间隙大小及其变化规律、感应盘厚度对制动力矩的影响机理,得到了制动力矩与以上各参数之间的特征关系,并根据门式起重机结构特点建立了吊重的动力学模型。结合20UMQ门式起重机起升机构性能,设计了永磁涡流制动参数,并基于Matlab/Simulink对制动特性进行了仿真分析,为起重机起升机构永磁涡流制动的设计提供依据。

为研究助力下肢外骨骼双膝蹲-起立过程中各关节的驱动力矩,将助力下肢外骨骼视为三自由度的刚性结构系统,建立动力学模型。以达朗贝尔定理推导出双膝蹲-起立过程动力学表达式。为实现助力下肢外骨骼与人体高度偕行,对人体双膝蹲-起立运动过程进行实验分析,以MATLAB为平台分别对负重40kg和无负重下肢外骨骼各关节驱动力矩进行数值计算。根据分析结果得,膝关节在负重40kg时驱动力矩最大,峰值为209.20Nm,平均为75.85Nm;髋、踝关节驱动力矩相对较小,工作能耗低,在无负重状态下仍需9.87Nm和38.80Nm的驱动力矩,能量损失较多;踝关节为保持稳定性导致有较大波动。

以第二代外骨骼试验样机为研究对象,选取双膝蹲-起立特征动作进行运动学分析,对特征动作用Boltzmann函数进行曲线拟合。建立了双膝蹲-起立特征动作动力学模型,基于牛顿法建立了各个关节处动力学方程,采取不同负重,利用MATLAB软件编程求解,得出了各关节处驱动力矩随时间变化曲线。根据得出的结果,得到了各关节峰值出现在4.3s处,各个关节处所需力矩的峰值随负重基本呈线性变化,且三个关节中膝关节所承受的转矩最大,在动力部分设计时需要着重考虑。

为了能全面准确识别齿轮的故障类别,建立了基于时域、频域以及能量等多域特征参数的特征空间模型。在此基础上,提出了一种基于多域特征与改进D-S证据理论的齿轮故障智能诊断方法。通过实验台实测数据提取相关特征参数作为诊断样本,以粒子群优化支持向量机的初步诊断结果构建多个证据体。实验结果验证了改进D-S证据理论融合证据体诊断结果的有效性。