板式换热器在工业部门中应用广泛。在实际焊接过程中，板片组间焊接部位间隙大导致焊接效率低、生产成本高。针对焊接过程中焊接效率低的问题，设计了一种焊接夹紧装置。分析了全焊接板式换热器焊接夹紧动作，提出了一种三轴联动快速夹紧方法和焊接夹紧装置设计方案。研究了焊接夹紧装置关键夹紧部位的工作流程，利用SolidWorks软件对换热器焊接夹紧装置进行了三维建模仿真模拟，优化了结构，研制了焊接夹紧装置样机，进行了试验。试验结果证明，焊接夹紧装置移动速度快，夹紧效果好，有效提高了焊接效率。

针对CFRP/Ti叠层材料在一体化制孔过程中轴向力过大而引起的分层损伤和出口毛刺等制孔问题，从降低叠层制孔轴向力的角度出发，采用螺旋铣孔的方式，结合超声辅助加工技术应用于CFRP/Ti叠层材料叠层制孔。设计系列加工试验，对比研究了有无超声辅助条件下叠层材料螺旋铣孔的轴向力，以及主轴转速、螺距、切向每齿进给量、偏心距和振幅对轴向力的影响规律，并初步得到工艺参数优化结论。结果表明，在超声辅助条件下CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔的轴向力明显减小。其他工艺参数对轴向力的影响程度大小顺序为偏心距>螺距>切向每齿进给量>振幅>主轴转速。

为了解决熔融沉积加工工艺的能源消耗预测问题，提出了一种将代码基元和熔融沉积硬件相关联的能耗预测方法。在该方法中，首先，判断代码基元和各能耗单元之间的隐含关系，分析指令与能耗部件对应关系；然后，对加工过程中的能耗单元进行系统分析，给出代码基元和加工设备中喷头仓室、传动组件、辅助组件能耗的定量联系；最后，以4个主要工艺参数为研究对象，通过正交实验法设计27组实验，利用预测方法对加工过程中的能耗进行分析。结果显示，对能耗的影响依次为分层厚度>打印速度>热床温度>打印温度。通过加工实例验证，该方法不仅预测精度可以达到90%以上，且能够在切片模型加工之前为能耗预测提供工具支持，节约生产成本。

针对目前桌面级3D打印机存在打印速度慢、打印精度低的问题，提出并设计了高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型结构3D打印机。通过对3D打印机结构建模与运动学分析，建立了其数学模型，推导出其逆运动学方程；提出了H型结构3D打印机的控制算法，运用PID控制调节系统的输入信号和输出信号的误差，获得了3D打印机的稳定工作模式。试验结果表明，提出的H型结构的3D打印机的打印精度高于目前常见Prusa I3型结构，能够实现快速平稳打印，打印速度提高20%左右，末端执行器在80 mm/s速度下仍能平稳工作，且运动轨迹理想，应用前景好。

针对多复合材料3D打印制造中利用连续纤维增强模型强度问题，提出利用拓扑优化技术对模型进行增强的方法，提升其力学性能。基于变密度法中的固体各向同向材料惩罚(Solid Isotropic Material with Penalization, SIMP)方法，引入体积分数常量，求解出模型的拓扑结构；建立采用增强材料填充拓扑结构、基础材料填充空洞结构的多复合材料3D打印材料分布模型，从而使得模型的整体结构得到强化。为验证该方法的可行性，以120 mm×80 mm×10 mm的矩形小板为例，利用ANSYS软件建立静力学仿真模型，与未增强模型力学分析结果进行对比，得到采用层间增强、轮廓增强和拓扑增强的模型在Y方向上的位移降低幅度分别为88.90%、87.10%和94.13%,采用拓扑增强的模型位移降低幅度最大；拓扑增强相对于轮廓增强和层间增强在Y方向位移上分别降低了50.79%和54.65%,表明该方法适用于多复合材料3D打印。根据仿真内容进行静力学实验分析，实验结果表明优化结构对比未优化结构在位移上减小了39.6%,证明了该方法对于复合材料3D增强打印具有实用价值。

为了解决现有欠驱动模块化机械手指节限位机构结构复杂、更换手指不方便及功能单一的问题，基于欠驱动原理设计了一种采用块式指节限位机构的模块化机械手。块式指节限位机构结构简单，模块化手指更换方便，可以实现多功能抓取和捏取。采用机构静力学分析方法，对机械手捏取状态下的手指进行了静力学分析，推导出了末端指节的接触力计算公式。采用ADAMS软件对机械手进行了接触力分析，仿真结果表明，模块化机械手可稳定包络抓取直径为80～150 mm的3种球状物体，接触力控制在5.86～13.91 N,可包络抓取直径为60～100 mm的3种圆柱状物体，接触力控制在9.16～18.69 N,可捏取厚度为0～12 mm的2种薄片状物体，接触力可以达到任意设定值。研究设计的机械手通用性强，适用范围广，为机械手的研发提供了参考。

为了克服外界干扰、未知负载等不确定性和电机动态特性对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的影响，提出了一种基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律。首先建立了包含不确定性和电机动态特性的数学模型，然后设计了扩张状态观测器来准确估计不确定性，在此基础上提出了滑模鲁棒控制律，最终实现了对移动装配机器人手臂末端空间轨迹跟踪的高精度控制。仿真结果表明，所设计的滑模鲁棒控制律具有更优的控制效果，移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.5 cm,所设计的扩张状态观测器能够准确估计不确定性，最大估计误差仅为0.2 N·m,估计精度较高。移动装配机器人手臂空间固定坐标定位实验结果表明，在基于扩张状态观测器的滑模鲁棒控制律的作用下，移动装配机器人手臂末端空间轨迹的最大跟踪误差仅为0.24 cm,平均每次定位的运行时间仅为1.55 s,表现出了更优的快速性、准确性和工程实用性。

针对传统蚁群算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优以及规划路径存在冗余拐点等一系列问题，提出了一种改进的蚁群算法，用于移动机器人在栅格环境中的路径规划。首先，采用初始信息素角度导向分布策略，增强起点到终点线路上的初始信息素浓度，降低算法初期搜索路径的盲目性；其次，为进一步提高机器人移动的安全性，在状态转移概率的基础上引入一种含导向作用的安全因子，避免算法搜索产生曲折路径；最后，提出信息素增量自适应t分布变异策略，以增加种群的多样性，避免算法后期陷入局部最优。同时建立了信息素更新规则和路径评价机制，用来引导蚂蚁以最佳综合指标靠近最佳路径。栅格环境仿真表明，在不同环境下改进的蚁群算法能使机器人获得全局最佳路径，并且具有较高的路径规划实时性和稳定性。

针对七轴机器人钣金折弯离线编程仿真过程中的机器人自主运动问题，提出了一种将二级混合碰撞模型与阻碍控制自适应步长RRT*算法相结合的七轴机器人路径规划方法。由基于OBB包围盒树的粗检测方法与图元分离轴测试的精检测构成的二级混合碰撞检测，保证了检测的高效性和精确性。折弯过程中七轴机器人附加移动轴定位的几何法求解，确保了关键路径节点的可达性；基于阻碍控制自适应步长策略的RRT*算法，可实现关键路径节点间的路径自主规划。最后，通过七轴机器人钣金折弯仿真试验，验证了路径规划算法的可行性与高效性。

针对油气悬架不对称阻尼对车辆减振性能的影响，以某农用运输汽车为研究对象进行了建模、试验和优化研究。首先，建立整车Recurdyn多体动力学模型和油气悬架AMESim模型的联合仿真模型；其次，通过油气悬架试验和仿真结果对比，修正油气悬架AMESim模型中的重要参数；然后，利用油气悬架复原和压缩行程的有效阻尼孔截面积比来表征不对称阻尼，分析其对车辆减振性能的影响；最后，在近似模型处理的基础上，使用Isight软件对复原和压缩行程的有效阻尼孔截面积比进行组合优化。结果表明，重要参数修正后的油气悬架AMESim模型准确可靠；优化后的油气悬架复原和压缩行程的有效阻尼孔截面积比明显提高了车辆减振性能。

针对数控机床处理连续轨迹段时启停频繁、加工过程中因加速度突变所引起的冲击振动，进而导致加工效率及精度降低等问题，以多项式为基础，构建一种柔性加减速控制的前瞻插补算法。首先，在相邻轨迹转折点处建立圆弧过渡模型，根据轨迹误差及加速度等约束条件求得过渡圆弧处的最大转接速度；其次，为实现加加速度可导、加速度连续可导，提出一种基于多项式的柔性加减速算法；再次，基于柔性加减速算法和前瞻控制实现对连续轨迹圆弧衔接处速度的规划；最后，在运动平台上进行对比试验验证。试验结果表明，提出的前瞻插补算法满足系统的轨迹精度要求，速度和加速度曲线连续平滑且没有突变，保证了加工过程中的平稳性并提高了效率。

基于Adams软件建立了考虑润滑作用的高速圆柱滚子轴承动力学模型，采用正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计，研究了不同工况及轴承结构参数对轴承保持架动态特性的影响。结果显示：内圈转速对保持架打滑率的影响最大，引导间隙对保持架打滑率的影响最小；引导间隙对保持架运转稳定性的影响最大，滚子个数对保持架运转稳定性的影响最小。经过优化设计获得了保持架打滑率及运转稳定性的轴承结构参数最佳组合。保持架打滑率随内圈转速及引导间隙的增加而增加，随径向载荷、滚子个数及径向游隙的增加而减小。保持架运转稳定性随内圈转速及引导间隙的增加而增强；随径向游隙的增加而降低；存在合理的径向载荷及滚子个数使保持架运转稳定性最好。

为研究激光加工氧化铝陶瓷高质量微孔的成型工艺，采用皮秒激光自旋切割模式在0.3 mm厚的氧化铝陶瓷上加工直径为0.2 mm的微通孔。研究了激光加工参数(激光功率、离焦量、重复频率、打孔次数及扫描速度)对微孔质量的影响。试验结果表明，随着激光功率的增加，孔的入口、出口直径增大，入口、出口圆度和锥度呈现减小的趋势；随着扫描速度的降低，孔的锥度呈下降趋势；随着负离焦量的增大微孔锥度逐渐减小；重复频率的变化对微孔质量各性能指标影响不大。试验发现激光功率和离焦量是影响微孔质量主要因素。最终在功率为27 W、离焦量为-0.7 mm、扫描速度为400 mm/s、重复频率为100 kHz及打孔次数为10次时获得入口圆度为2.995μm、出口圆度为3.509μm及锥度为5.96°的高质量微孔。

通过正交试验设计和单因素分析法对滚珠丝杠滚道磨削工艺开展了试验研究，分析了磨削时砂轮粒度、砂轮速度、丝杠速度以及磨削深度对滚珠丝杠表面质量影响的主次顺序，得出了各工艺参数对表面质量的影响规律，为丝杠和螺母磨削工艺参数的选择提供了依据。另外试验研究了滚道表面质量对滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声性能的影响，明确了滚道表面粗糙度和摩擦力矩之间的关系。试验结果表明，提高丝杠滚道表面加工质量能够有效降低滚珠丝杠副摩擦力矩和噪声。

椭球状吸能盒作为汽车防撞系统中重要的吸能结构，在碰撞瞬间通过塑性变形吸收大部分能量，该类管件具有分散外在均布载荷的优良力学性能，故提高此类管件的生产效率显得尤为重要。为此提出了使用内高压胀形工艺制造椭球状吸能盒的方法，此工艺实现了吸能盒轻量化，同时消除了焊缝对吸能盒力学性能的影响，从而使吸能效果较传统吸能盒大幅提升。针对椭球状管件内高压胀形参数的优化，采用有限元仿真结合正交试验的方法，分别研究了波状诱导结构直径、胀形压力以及两侧冲头轴向进给对胀形效果的影响，所得的优化参数：波状诱导结构直径为8 mm,胀形压力为25 MPa,两侧冲头轴向进给为8 mm。采用最优参数进行胀形试验，验证了基于有限元仿真结合正交试验方法获取工艺参数的正确性，并为椭球状吸能盒的制造提供了参考。

磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy, MSMA)的磁滞非线性限制了MSMA驱动器的性能。利用多场耦合加载测量系统对MSMA的力-磁耦合特性进行了实验，通过控制加载变量，得到了MSMA磁感应强度-形变率曲线和外加应力-形变率曲线。结合实验数据，通过BP神经网络对MSMA形变特性进行建模，并分别提出了2种控制策略对模型进行了比较分析。仿真结果表明，基于PID与磁滞正模型的闭环控制策略可以很好地补偿MSMA的磁滞非线性，提高驱动器的控制精度，有益于MSMA在驱动器领域的进一步应用。

针对制造车间中生产线多源异构数据采集困难、生产过程信息可视化水平较低和生产线监控实时性较差等问题，提出了基于实时数据采集的生产线3D虚拟监控方法及系统开发架构。以某机加工生产线为对象，通过搭建OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)服务端以及开发相关应用程序，实现了不同品牌、不同类型及多设备运行实时数据的采集、融合与推送；借助相关软件工具，建立生产过程中不同工序的各设备三维模型，形成了完整的生产线三维虚拟场景；开发3D虚拟监控系统，实现了虚/实场景之间的同步映射，并验证了系统在Web平台的发布与运行。结果表明，通过对该生产线进行3D虚拟监控系统的研发，实现了对生产过程的三维可视化监控，虚/实场景同步的延时误差不超过500 ms,并大幅度降低了生产统计、协调和监控成本，提高了生产线的数字化水平。

目前机械零件螺纹的缺陷检测主要依赖人工目视检测，存在速度慢、误差大等问题，为此，基于融合多维非对称策略提出一种计算机视觉螺纹缺陷检测方法。首先，在YOLOv7目标检测算法的网络结构部分新增一层160×160的特征提取层，增加模型的目标检测尺度；设计LAM+DBAM注意力模块，引入标准差权重影响因子，从而构建新的权值计算公式，将发挥重要程度不同的特征提取层进行非对称融合，提升网络对小目标的特征提取能力。其次，采用TIoU损失函数，将预测框和标签框进行区分，非对称地处理输入的2个边界框，提升前景信息在网络特征提取过程中发挥的作用。最后，对模型的BN层进行稀疏化训练，通过缩放因子γ判断卷积核的重要程度，对非重要卷积核进行剪枝，消除模型的冗余参数，提升检测速度。试验结果表明，提出的基于融合多维非对称策略的螺纹缺陷检测方法的精度均值达到93.72%,检测速度达到53 f/s。

为合理评定圆棒试样缺口底部复杂曲面的表面加工质量，提出小波变换并结合摄动法对其进行定量分析的方法。对测量的原始表面形貌进行小波变换提取出表面粗糙度信息，并进行表面粗糙度参数分析。采用摄动法对提取出的表面粗糙度信息进行应力集中分析，提出计算复杂曲面表面应力集中系数和表面相对应力梯度的方法。使用NPFLEX白光干涉仪测量平板试样和圆棒试样缺口底部复杂曲面的表面形貌。针对平板试样的表面形貌，使用所提方法对其表面形貌进行评定，验证该方法的准确性。对圆棒试样缺口底部复杂曲面的表面形貌进行评定及应力集中分析，为圆棒试样缺口底部复杂曲面表面加工质量的评定提供参考方法。

针对爬罐机器人在球罐上对焊缝的识别和跟踪困难导致焊缝检测效率低的问题，自制了罐体表面焊缝数据集，并提出了一种基于深度学习的焊缝视觉跟踪方法。首先，以Patch Expanding替换双线性插值作为上采样方法，减少上采样带来的精度损失；然后，在掩码分割前嵌入了递归空洞自注意力机制，提高模型的表征能力，从而获得更好的分割精度；最后，在罐体表面焊缝数据集上进行实验，实验结果表明，对比原始模型，改进SegFormer图像语义分割模型的平均交并比提高了2.41%。在改进算法分割焊缝的基础上，利用分割出的焊缝掩码图像提取中心线作为焊缝路径，用于引导爬罐机器人运动，以实现焊缝视觉跟踪。

应急柴油发电机组是核电站事故工况下最后的电源保障，结构复杂的凸轮轴是其重要的结构功能部件。为保证自行设计和制造的大型凸轮轴能完全替代国外进口产品，探索核电应急柴油发电机凸轮轴的设计标准及性能试验方法，根据应急柴油发电机凸轮轴加载试验要求设计凸轮轴型式试验台架。采用独有检测手段和结构设计，实现静态压力控制，同时运用高精度传感器实现动态加载监控。通过半尺寸凸轮轴模拟件在台架的验证及评价，证明了该台架的测控功能，从而实现大型凸轮轴在重载、高转速及复杂工况下的变载试验、寿命试验、强度试验及故障诊断。该台架系统可提供模拟工况下大型凸轮轴的性能评估。

针对当前数控机床振动信号采集成本高、数据传输慢、噪声大和小幅度信号还原能力弱等问题，以国产现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)芯片和ARM微处理器为核心开发了一套低成本、多通道且高精度的振动信号采集系统。首先进行了整体方案设计；接着完成了信号采集电路、信号传输电路及软件模块的开发；最后基于Labview环境开发了上位机软件并进行了振动信号采集系统的功能测试与验证。测试表明，系统可精确采集数控机床振动信号，对低频、小幅度振动信号采集更具优势，具有一定的工程应用价值。

履带式拉挤机拉挤速度波动影响牵引装置的稳定运行，对管材质量也会造成影响。为了满足恒定拉挤速度的控制要求，以履带式拉挤机牵引装置的驱动系统为研究对象。首先，建立驱动系统数学模型，画出传递函数方块图，并提出随机权重的改进海鸥优化算法控制策略；然后，在MATLAB/Simulink软件中搭建驱动系统仿真模型，并对其在不同工况下的稳定性进行仿真，仿真结果表明，采用随机权重的改进海鸥优化算法后，驱动系统响应速度快、控制精度高，更能满足恒定拉挤速度的控制要求；最后在履带式拉挤成型试验平台进行试验验证，结果表明，仿真拉挤速度与试验拉挤速度的变化趋势基本一致，验证了仿真结果的正确性。

RV减速器作为机器人及高精密传动系统等领域的核心部件，得到了广泛的应用。然而由于其内部复杂的结构组成、严峻的工作环境和复杂多变的工况，导致RV减速器出现故障的形式呈现多样性。为防止减速器的故障扩大化和避免经济损失，健康监测和故障诊断为RV减速器的运行提供了保障。对RV减速器的故障诊断方法进行了综述，详细介绍了国内外学者利用动力学模型分析、信号分析及其他分析对RV减速器进行故障诊断的方法，并整理了不同方法的差异。最后总结了RV减速器故障诊断方法的优缺点，并展望了需要进一步开展的研究方向。