基于折纸机构的上肢外骨骼

为了进行上肢肌肉损伤类疾病康复，课题组设计了一种辅助运动与支撑的上肢外骨骼机器人。课题组基于刚性折纸的折叠特性设计出具有自锁特性的肘关节外骨骼，采用连杆机构设计肩关节外骨骼；运用D H法对上肢外骨骼进行运动学分析，得出肘关节折纸机构自锁时的折叠角度和肩关节末端的运动位姿；基于蒙特卡洛算法求解出肩关节外骨骼的运动空间并运用MATLAB将结果可视化。应用结果表明：该上肢外骨骼能有效减轻上肢肌肉在工作中受到的压力且不对上肢运动造成影响。该上肢外骨骼具有结构简单，轻便和易于折叠和自锁的特点，满足使用要求。     

螺丝锁付装置取放料时间寻优轨迹规划

为提高螺丝锁付装置的锁付效率，课题组针对锁付过程中最频繁的取放料操作进行时间寻优轨迹规划。课题组以旋量理论建立运动学模型，基于运动合成的思想，采用多段六次多项式插值算法进行规划轨迹，并结合改进粒子群算法得到时间插值节点的优化解。仿真实验结果表明：采用改进粒子群算法，在迭代约40次时算法达到收敛，轨迹所需时间相对于优化前缩短了约30%；关节空间下各关节的位置、速度和加速度曲线连续平滑，无明显突变，末端笛卡尔空间下轨迹满足取放料轨迹的设计要求。该时间最优轨迹规划的方法有效提高了螺丝锁付装置的工作效率。 〖HT5”H〗关键词：螺丝锁付；轨迹规划；旋量理论；改进粒子群算法；六次多项式插值算法     

基于粒子群优化算法的上下料机械手加工空间优化

针对CNC车床上下料装置在狭小的加工空间进行自动上下料时可能出现的干涉和碰撞等情况，课题组通过粒子群算法(PSO)结合正逆运动学求解，对机械手的运动空间和各关节的运动变量进行优化设计。在已知加工起始点和终止点的情况下，在世界坐标系将各关节的移动量作为自变量，通过粒子群的不断迭代寻优，在设定的边界条件下得到优化结果，并结合蒙特卡洛法进行可视化。本研究能够直观得到机械手的最大移动空间，可将机械手在限制范围内的可移动空间最大化。     

基于IGA的机械臂时间最优轨迹规划

针对传统机械臂轨迹规划效率较低的问题，课题组提出了对传统遗传算法初始种群的选取及种群的变异策略改进的方法。该方法以三次B样条插值曲线作为轨迹规划的基础，以各关节运动角速度、角加速度、角加加速度作为运动约束，使用改进型遗传算法（improved genetic algorithm，IGA）进行时间优化，可以得到满足运动约束条件的时间最优运动轨迹。课题组以自主研发的QFB140机械臂作为研究对象，采用改进型D H参数进行标识，并导入MATLAB进行仿真。结果表明：IGA在时间优化上有了较大提升，进一步实现了时间最优轨迹规划，提高了工作的效率。     

基于空间闭链连杆机构的可折展手爪设计

为了解决多关节手指和手爪多为刚性连接而运动范围有限等问题，课题组基于单自由度面对称Bricard空间闭链连杆机构，提出了一种手指单关节驱动机构。将多个单关节驱动机构串联，组合为一个单自由度的多关节手指驱动机构；进一步，通过课题组提出的单自由度同步驱动副，可同步驱动手爪中的3根多关节手指同步开合、抓取目标物体；在进行可折展手爪的运动学分析和参数求解之后，完成了可折展手爪的样机实验。验证结果表明提出的可折展手爪驱动机构设计合理、抓取性能可靠。     

服务机器人的双臂运动学仿真研究

目前服务机器人存在结构复杂、价格昂贵等问题，课题组设计了能满足日常服务的四自由度服务机器人的双臂。设计服务机器人双臂的主要结构：采用D H法建立各臂连杆的参考坐标系；求解了运动学的正逆解；利用MATLAB编程求解单臂的工作空间；利用MATLAB建立双臂运动仿真模型。空间轮廓运动仿真结果验证了正逆运动学求解的正确性。该双臂工作空间能满足日常服务需求。     

三指灵巧手运动学与动力学仿真研究

仿照人类手指结构，设计出三指灵巧手的机械结构.灵巧手每个关节由电机驱动，手指结构接近于人手，每个手指具有4个自由度.进行单指运动学分析，得到坐标变换矩阵，通过Adams软件进行单指位姿和指尖位移仿真.通过对灵巧手的动力学分析，利用Adams软件对单指弯曲这一常见动作进行动力学仿真.仿真结果表明：灵巧手设计结构合理，有较大工作空间，动作灵活，可实现多种灵巧操作.     

仿生机械灵巧手的手指设计

针对医疗假肢手指难以解决残疾人日常生活问题的情况,结合人体手指运动的机理,设计了一种仿生机械灵巧手。该机械灵巧手由手掌体、设在手掌体上的1根大拇指和4根手指构成;大拇指由两拇指段构成,大拇指单自由度转动连接于手掌体;四指结构形式一致,且由2个手指段构成,二者之间采用单自由度转动连接。基于指数积公式对所设计的灵巧手进行运动学分析,求解相关数学模型;采用UG软件对灵巧手进行仿真分析,结果表明:所设计的灵巧机械手能满足残疾人简单握持及敲打等日常需要,对康复机械设计有一定的参考价值。     

基于改进蝙蝠算法的机械臂时间最优轨迹规划

为了对SCARA 6自由度机械臂的运动过程实现时间最优轨迹规划，课题组提出一种基于改进蝙蝠算法的时间最优3 5 5 3分段多项式插值轨迹规划算法。首先对机械臂构造3 5 5 3分段多项式；然后在角度、角速度和角加速度的约束条件下，以时间最短作为优化的目标函数，采用改进的蝙蝠算法对分段多项式的结果进行优化；最后在MATLAB软件中进行模拟运算。仿真结果表明：改进的蝙蝠算法在收敛性以及优化性方面均优于传统的蝙蝠算法，而且在局部收敛方面也有明显的改善；各关节的角位移、角速度和角加速度曲线相对平滑，不存在突变等情况的发生，充分证实改进算法具有可行性。     

基于改进遗传算法的柔性抛光工业机器人抛光时间优化

为实现抛光时间最优的目标，课题组对自主研发的柔性抛光工业机器人抛光轨迹进行了合理规划。从表壳的表耳处取得一系列工业机器人机械臂工作的位置点，通过求解逆运动学方程得到相应的关节位置，采用三次B样条曲线拟合的方法得到各关节的轨迹曲线；用B样条曲线的控制定点约束代替运动学约束，并基于改进的遗传算法，求解出时间最优的时间节点；在此基础上，规划得到满足时间最优的非线性轨迹曲线。研究表明：基于改进的遗传算法，能够很好地避免传统遗传算法的“退化”现象，更快地求得最优解，即抛光工业机器人的抛光工作时间达到最优。     

仿人机械手的触觉传感器和关节驱动及控制系统设计与实现

主要设计和实现具有分布式触觉传感器的仿人机械手关节驱动及其控制系统。使用触觉传感器作为仿人机械手上各个触觉点的检测机构,确定其5个手指和手掌上的触觉点配置及相互关系,实现一个分布式触觉传感器。将分布触觉传感器安放在5个手指和手掌上与被抓取物体的直接接触点处,以增加分布触觉传感器探测范围和采集精度。研发手指和手掌上众多触觉点的触觉信号检测和处理的融合方法。利用直流步进电机作为仿人机械手各个关节的驱动机构,开发单关节和多关节并发驱动控制电路及驱动控制算法。在考虑手指和手掌表面上众多触觉点接触力的情况下,对仿人机械手进行位置、力及速度反馈等控制。通过仿真检验了仿人机械手抓、握、推、夹、托、挤、撕、插、剪、钳等功能。     

基于ADAMS的安全阀自动上料机械手运动学研究

针对目前安全阀离线校验阀体上料时，存在的效率低、空间要求高等问题，课题组提出了一种安全阀自动上料机械手，并根据安全阀离线校验的工况需求，在SolidWorks软件中建立了该机械手的三维模型。为了更好地制定运动控制方案及制造物理样机，课题组对该机械手进行运动学研究：采用D H法建立了机械手的运动学方程，并基于ADAMS软件对机械手整体上料过程进行了运动学仿真分析，得到了机械手在上料过程中的位移、速度和加速度等运动特性曲线。研究结果表明：所有运动特性曲线变化平稳，无突变现象，验证了该自动上料机械手物理样机制造的可行性，提高了安全阀离线校验效率。     

一种欠驱动柔性机械手的抓取力研究

为满足农产品（食品）行业中尺寸范围大、形状复杂、物性多样的复杂对象抓取需求，提出了一种欠驱动柔性机械手。设计了欠驱动柔性机械手的的结构 ，介绍了其工作原理；采用2个电机驱动串联双铰链柔性关节；以直径为20,40和60 mm的圆柱铝块为抓持对象，建立了静态力学方程和几何平衡方程；运用 MATLAB软件中fsolve函数求出机械手在负载状态下驱动杆行程与抓取力的关系。计算结果表明通过控制驱动杆行程，可以实现调节抓取力的大小，在不损坏物体 表面的前提下，有效抓取复杂对象。     

全约束M型预制袋袋口折合机构设计

针对现有袋口折合技术无法满足低挺度M型预制袋折合需求的问题，课题组设计了一种仅含转动副的袋口折合机构。对能实现1条直线轨迹的哈特第二连杆机构进行改进，从而实现M型预制袋袋口折合过程的3条直线轨迹；结合具体工程实例，对机构进行运动方案设计以及运动学数值计算和仿真模拟，并对机构运动特性进行优化。结果表明：该机构完全能够满足M型预制袋的折合轨迹需求，折合率为89.44%；经过优化后的运动规律不存在柔性或刚性冲击，有效提高了机构的运动精度。该袋口折合机构为M型预制袋的折合工序提供了一种更加可靠、便捷的方法。     

折叠式柔性关节设计及运动学建模

针对串联柔性连续体在实际应用时不能很好地适应作业环境所需的末端位姿的问题，课题组提出了折叠式柔性复合关节:利用三浦折痕原理设计了折叠式扭转关节；改进水弹折痕设计了折叠式摆转关节；将折叠式扭转关节与摆转关节按一定顺序串联得到折叠式柔性复合关节。用几何方法得到了各个单元和折叠式柔性复合关节的运动学模型。软件仿真结果验证了所提出的模型的正确性。课题组的设计增强了串联连续体对作业环境的适应性。     

衣物自动包装机折叠机构设计与优化

针对目前衣物包装机中折叠衣物部分结构复杂，其控制系统灵敏度、协调能力低下等问题，课题组设计了一种新型衣物折叠机构。首先，基于单驱动多凸轮的传动方式提出了折叠机构的设计方案与工作原理；其次，利用解析法对机构中曲柄滑块以及凸轮轮廓的尺度参数进行分析与确定；最后，通过ADAMS软件对机构进行运动仿真，并对运动过程中的最小传动角进行优化。其优化结果表明：最小传动角相较于优化前增大62%，满足设计要求。对比传统衣物折叠机构，该机构实现了以单个原动件来完成衣物的折叠过程，具有控制效率高，传动性能好和成本低等优点。     

进港行李转盘轻量化研究

为了减轻行李转盘的质量、降低制造成本，课题组进行了轻量化设计。课题组利用SolidWorks建立了进港行李转盘主要承载部件机架的实体模型，使用ANSYS Workbench模块对机架进行静力学分析与动力学模态分析；对机架中的支撑立板结构进行拓扑优化，根据优化结果对机架进行轻量化设计。仿真结果表明：轻量化后的机架满足设计要求，且质量降低了20.35%。该研究方法实现了轻量化设计的目标，降低了生产制造成本，提升了产品的竞争力。     

仿人关节并串结构位姿求解算法研究

针对用于脑卒中患者上肢的康复训练，针对肩关节和肘关节运动的特点，课题组提出了一种6自由度仿人关节并串机构。该结构是由2种不同位姿并联机构进行并串组合而成，课题组利用Kutzbach Grüble公式对其进行了自由度的求解；采用解析法对该机构进行位姿分析研究，运用了球面三角形余弦定理来分析机构运动中弧形杆弧长不确定的情况；采用分部求解法把整体问题拆分成2个互有关联的部分进行求解。结果表明：与传统的对整体结构直接求解的方法相比，课题组采用的求解算法大大减小了求解的计算量。文中研究的方法适用于同类型位姿分离的并串组合，对其他同类型结构的位姿分析具有参考意义。     

基于响应面法的螺纹接头快速连接器分瓣内螺纹片优化设计

螺纹接头快速连接器在工作过程中，分瓣内螺纹片结构的变形会使O形圈密封端面间隙增大，降低连接器的密封性能。课题组提出了以减小分瓣内螺纹片的最大变形量和等效应力的同时最小化结构质量为优化目标的结构优化设计方法，通过拉丁超立方试验设计方法选取试验设计点，建立分瓣内螺纹片设计变量与质量、最大变形量和最大应力的二阶响应面模型；采用多目标遗传算法优化求解出Pareto最优解集，并通过设计变量灵敏度分析对最优解进行修约。结果表明：当结构质量仅增加6.16%时，结构最大变形量减小了35.75%，最大应力减小了29.7%。该设计方法以结构质量的微幅增大实现了最大变形量与应力的大幅减小，优化效果显著。     

基于多眼综丝开口方式的辅助开口系统

针对多眼综丝开口方式在织造三维织物过程中无法有效开启各经纱层梭口的问题，课题组设计了一种辅助开口系统。系统采用对应的辅助开口机构，通过抬纱杆伸入由多眼综丝与经纱群形成的棕眼孔道后，配合水平、垂直驱动装置完成抬纱开口任务；引入西门子S7 200 Smart参与辅助开口机构控制，对该控制系统进行了软、硬件的系统配置；最后由MATLAB/Simulink对3驱动装置控制电机搭建运动模型进行模拟仿真。仿真结果表明：3轴的运动符合系统所需的运动规律，提高了织造效率。该辅助开口机构在以多眼综丝为开口方式的织造中具有良好的应用前景。