利用空间四棱锥单元,这里提出了一种卫星平面可展天线背架的结构方案。从机构学的角度出发,建立了可展天线背架机构的简化模型,对机构进行了模块化拓展,推导了机构的自由度与模块数之间的关系。为了研究机构的动态折展过程,这里建立了可展天线背架机构的数学模型,对机构折展过程进行了运动轨迹仿真。为了研究机构的结构动力学特性,这里建立了平面可展天线背架机构的有限元模型,并完成了机构的模态分析、谐响应分析及热变形分析。

随着我国老龄化社会趋势日益加重,半失能老人将成为一个十分庞大的群体,给养老机构及护理机构带来巨大压力。半失能老人绝大多数患有下肢运动功能障碍,无法独立行走。针对半失能老人这一群体,提出了行走辅助轮椅结构设计方案,并对关键部件进行了力学仿真及人机耦合情况下的运动学仿真,搭建了行走辅助轮椅系统框架。为验证理论设计的正确性,加工了行走辅助轮椅实验样机,并完成了相关实验。研究结果为设计行走辅助轮椅提供了理论基础。

利用平面多闭环连杆机构,提出一种可变形机翼结构,并对该结构进行数学建模,利用结构数学模型,在Matlab中进行了机构的运动轨迹仿真分析。为了验证机构曲率调节能力及气动特性,建立了机构的三维模型,进行了运动学仿真及空气动力学仿真分析。为了获得更好的气动特性,基于传统人工鱼群优化算法,提出一种改进的人工鱼群优化算法,利用经典优化算法测试函数测试了该算法的性能。采用该优化算法对可变形机翼进行结构优化。在理论研究的基础上,加工了实验样机,并进行了相关实验测试。

基于被动行走原理,建立了被动两杆行走模型,推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上,设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学,设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果,加工了原理样机,进行了相关测试及实验。

为有效解决下肢肌肉功能退化及中风偏瘫等疾病导致的老年人下肢运动功能障碍,从康复医学的角度,分析了康复运动对下肢功能障碍患者恢复的重要性,结合人体生理结构,建立了人体肌骨模型,进行了肌骨仿真分析。为了准确判断患者的运动意图,设计了3种外骨骼专用传感器。在此基础上,提出了力感知助力关节结构方案,并设计了下肢动力外骨骼整体结构,进行了人机耦合运动学仿真分析。在结构设计的基础上,设计了下肢外骨骼的硬件及电气系统。为了验证理论研究的正确性,加工了外骨骼实验样机,进行了相关实验。实验结果说明,设计的外骨骼专用传感器可以准确获取相应信号,助力关节可以提供较大的关节助力,设计的下肢动力外骨骼能够准确判断患者的运动意图,可以长时间稳定安全地进行平地行走及斜坡行走。

基于半失能老人步态特征,建立了人体下肢运动学模型,推导了人体行走动力学方程,在此基础上,设计了面向半失能老人的无动力下肢外骨骼结构。为了便于用户穿戴,基于人体工程学,完成了外骨骼绑带等柔性部件结构的设计及外观设计。为验证文中设计的外骨骼性能及可靠性,加工了无动力下肢外骨骼样机,并进行了相关测试及实验。