以石油输送管道焊接作业需求,提出一种用于管道外壁爬行的新型轮式机器人行走机构,能够躲避管道下方支撑柱、管道过弯。采用水平布置的全向轮和预紧弹簧组成的悬挂机构,过弯时弹簧适应弯道轮廓;机器人几何中心竖直安装了全向轮,行走时进行动态姿态调整。根据三维模型制作了物理实验样机,通过手动单轴电机控制实验证明了结构的可行性,同时得出机器人通过管道弯道的条件,即行走速度保持在0.4m/s以上,通过惯性越过焊缝,并修正碰撞后姿态,几何中心全向轮持续转动保持平衡。仿真分析了机器人全向轮和焊缝碰撞后的姿态及补偿修正问题,构件模型验证了实验中提高爬行速度机器人通过焊缝现象。

针对目前联合伐木机复杂环境适应性差,人工伐木伤亡率高等问题,通过分析传统伐木方案的不足,提出了一种钻孔与化学试剂相结合的新型伐木方案。基于新的伐木方案,设计了一种可适应复杂环境作业的新型便携式伐木机器人。以原木为对象,分别设计了伐木机器人的整体结构和传动系统,并对其关键零部件进行了强度校核。根据伐木过程,建立了伐木机器人的有限元模型,分析了伐木机器人的应力和应变。通过搭建仿真环境,对伐木机器人的伐木过程进行了动态仿真。

针对传统逆向工艺难以完成结构复杂及软材料工件成型的问题,提出了一种基于逆向技术与模具技术的工件快速成型方法。以软体材料制作的多腔式气动驱动器为例,采用激光扫描系统采集工件点云数据,利用Geomagic Design X软件对点云数据进行了预处理,根据曲面拟合方法重构了软体气动驱动器的三维模型;将过渡模型与重构的软体气动驱动器模型进行了布尔运算,并将运算结果进行了拆解处理;运用3D打印技术与封模技术制作出了浇注模具,完成了对多腔式气动驱动器的快速成型制造。研究结果表明采用该快速成型方法,重建的三维模型的最大上偏差为0.0642,最大下偏差为0.1952,标准偏差为0.0637,满足了模型的精度需求;利用逆向技术与模具技术可以完成多腔式气动驱动器的快速制造;该方法可为复杂结构的软体材料工件的快速成型提供一种切实可行的思路。

苹果种植是农业经济中不可或缺的一部分,目前的人工采摘形式效率低、成本高。针对该问题,提出一种气动式苹果采摘机械手。针对苹果大小不一、组织较脆,采摘过程容易受机械损伤的特点,设计了能够适应不同苹果尺寸的采摘机械手结构,搭建了机械手的驱动系统、建立了机械手的运动学、动力学和结构优化模型,并进行了样机制作与抓取实验。通过实验验证了机械手可以安全抓取苹果,完成作业。该机械手能够为苹果采摘的机械自动化、智能化研究提供

针对挖掘机工作装置刚柔耦合变形对液压控制系统动态特性的影响,结合虚拟样机建模和联合仿真技术进行动态特性研究。利用UG软件建立某型号挖掘机三维模型,通过有限元软件柔性化处理后导入ADAMS动力学分析软件中,构建挖掘机工作装置刚柔耦合虚拟样机。利用AMESim软件和负载敏感原理,建立挖掘机工作装置闭环液压控制系统。通过软件联合构造挖掘机机电液一体化的刚柔耦合仿真模型。针对挖掘机典型挖掘工况和重载举升工况下的运动轨迹进行仿真研