为解决电主轴因内部温度场复杂而造成冷却效果差的问题，设计了一种用于电主轴冷却的水冷机系统。根据电主轴热特性分析结果，提出了水冷机冷却方案，计算了相关的传热参数，并建立了电主轴温度?流速控制模型。然后，利用ANSYS Fluent软件对电主轴进行了流体冷却有限元仿真，并通过电主轴冷却实验对仿真结果进行了验证。通过对比仿真结果和实验结果可知，冷却后电主轴电机定子最高温度约下降了60%，转轴的形变量约降低了70%。结果表明：利用水冷机系统对电主轴进行冷却具有良好的冷却效果，这可为高精密机床主动热控制技术的研究提供一定的借鉴和参考。

针对传统刚性采摘机械手适用范围小、环境适应性差及对果蔬损伤大等问题，设计了一种面向沙果采摘的刚柔耦合气动软体采摘机械手。根据沙果的结果特点以及采摘要求，确定了六指包裹式采摘形式。以龙丰果为例，建立了采摘机械手软体手指弯曲角度计算模型，确定了单指的弯曲角度；通过3种硅胶材料的拉伸对比实验，选定HY-E620型硅胶作为软体手指的材料；开展了多种结构对软体手指弯曲性能影响的ABAQUS有限元仿真分析，确定了较优的结构；利用实验测定了不同驱动气压条件下单根软体手指弯曲角度与输出力的对应关系，并在0.08 MPa驱动气压下对多种水果进行三指抓取实验，验证了软体手指结构的合理性。最后，试制了六指包裹式气动软体采摘机械手，并分别对沙果、苹果、梨和橘子等进行了采摘实验。结果表明：所设计的采摘机械手不仅对含3~6个果实的成串沙果的采摘成功率达到80％，还可采摘苹果、梨和橘子等类球形水果，具有一定的通用性，可为水果采摘机械手的设计与研究提供新思路。

PDC（polycrystalline diamond compact，聚晶金刚石复合片）钻头是当今油气钻井领域的主要破岩工具，具有耐磨性高、机械钻速高和破岩效率高等优点。PDC切削齿作为切削单元，决定了PDC钻头的破岩性能。PDC钻头布齿的目的是确定每颗PDC切削齿在钻头上的空间位置，使得钻头在钻井破岩时具有优良的性能和可靠的寿命。基于不同布齿技术设计的PDC钻头在钻井过程中表现出不同的破岩性能。因此，PDC钻头布齿技术得到了国内外学者的广泛关注。现已有大量学者针对PDC钻头自诞生以来的布齿技术做了相应研究，但目前仍缺乏系统性的总结。为此，以近年来国内外关于PDC钻头布齿技术的文献为基础，总结了PDC钻头自诞生以来的布齿技术的发展历程，主要包括早期布齿阶段、经典布齿阶段和现代布齿阶段。通过对PDC钻头布齿技术发展历程的分析与总结，指出复合PDC钻头、兼容智能化PDC钻头、长寿命PDC钻头、力平衡PDC钻头、冲击与振动下PDC钻头以及特殊地层下PDC钻头的布齿技术是未来的发展趋势。研究结果可为后续的PDC钻头布齿技术研究提供一定的参考，有望推动PDC钻头布齿技术的进一步发展。

为了在机器人辅助远程介入手术中实现向医生提供高精度的力反馈，设计了一种具有力检测机制的新型血管介入手术机器人，其是一个主从控制系统，包括一个操作方便的主端装置和一个递送导丝/导管的从端装置。首先，设计了血管介入手术机器人的力检测机制，以实现轴向近端力的精准测量和径向夹紧力的感知。然后，基于血管介入手术机器人的动力学分析，设计了具有在线整定参数功能的模糊PID（proportional integral derivative，比例积分微分）控制器，以提高从端装置的递送精度和抗干扰能力，同时选择阶跃信号对所设计的模糊PID控制器进行仿真验证。最后，搭建血管介入手术机器人物理样机，并开展主从运动跟踪实验和轴向近端力、径向夹紧力检测评估实验。实验结果表明，该血管介入手术机器人具有[-0.31, 0.25] mm的运动跟踪误差，可检测平均误差为0.12 N的轴向近端力以及可感知0.47~4 N的径向夹紧力。研究结果验证了所设计血管介入手术机器人的鲁棒性以及其力检测机制的可行性，可为同类产品的设计和改进提供参考依据。

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求，针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题，提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先，根据人体下肢运动机理和仿生原理，设计了一种五自由度混联机构构型。然后，建立了机器人的运动学模型，分别计算了其运动学正、逆解。接着，以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数，采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化，并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后，规划了CPM（continuous passive motion，连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹，并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机，通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性，表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。

为了保证机械式蒸汽再压缩（mechanical vapor recompression， MVR）系统的运行经济性和稳定性，对MVR系统中离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配特性进行研究。针对蒸发器换热系数在新投、工作和结垢工况下的变化，提出了蒸发器运行温阻特性线的概念，并将其与离心式蒸汽压缩机的温升特性线叠加，从而开展离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配分析。通过分析发现，离心式蒸汽压缩机的设计流量偏大或蒸发器的换热面积过小会导致匹配不足，易发生喘振，从而影响MVR系统的运行稳定性。而离心式蒸汽压缩机的设计流量偏小或蒸发器的换热面积过大会导致匹配过度，致使MVR系统的运行经济性差，甚至可能造成MVR系统无法建立热力自循环。结果表明，离心式蒸汽压缩机在MVR系统启动过程中会出现不稳定的喘振现象，可以通过系统参数的临时调节或采取辅助措施来避开不稳定区。设计时应保证离心式蒸汽压缩机的喘振裕度大于20%，蒸发器换热面积的设计裕度为30%；MVR系统运行时实际蒸发温度与设计温度的偏差应控制在±5 ℃以内。研究结果可为MVR系统的设计和调试提供参考。

下肢外骨骼助力机器人存在人?机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题，基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人，将其简化为七连杆结构，并结合步态平衡理论，采用牛顿?欧拉法构建了其摆动相与支撑相瞬时动力学模型。然后，将不同步态相位下人体运动时的角度数据、速度数据及机器人结构参数代入牛顿?欧拉动力学迭代方程，求得机器人各关节的理论驱动力矩。最后，开展ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems，机械系统动力学自动分析）仿真实验和人机协同助行实验，通过对机器人各关节的驱动力矩峰值进行比较，验证了所构建动力学迭代方程的正确性和有效性。结果表明，通过采用牛顿?欧拉法来求解下肢外骨骼助力机器人关节的驱动力矩，可为其结构优化与控制策略制定提供重要的理论支撑。

多功能小型机器人具有广阔的应用前景。为满足不同的作业需求，设计了一种小型陆空变形两栖机器人，其既可以实现高效的地面移动，又能通过升空飞行来避开障碍物。该机器人采用双模式设计，地面模式采用两轮驱动的运动设计，飞行模式采用四旋翼飞行设计，2种模式的切换通过机器人倾转机构的支撑、伸展来实现。为了验证机器人的运动性能，首先采用SolidWorks软件建立了机器人整机模型，并对机器人进行运动学建模，推导得到了机器人模式切换过程的运动学方程。然后，对机器人舵机输出进行MATLAB仿真和开展机器人物理样机模式切换实验，得到的输出扭矩仿真结果与实测结果基本一致，其范围为0~250 \mathrm{N}·\mathrm{c}\mathrm{m}。最后，利用机器人物理样机开展地面移动和空中飞行测试，并对其运动过程进行分析，以验证机器人陆空运动及模式切换的稳定性。研究结果验证了所设计机器人的有效性，且其具有较长的续航时间，可为陆空两栖机器人的设计提供参考。

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题，设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作，并具备越障、避障能力；具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先，基于总体功能需求，提出了巡检机器人各模块的具体形式，并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后，基于虚拟样机技术，在ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems，机械系统动力学自动分析）软件中建立电力隧道运行环境，并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构，以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明，母机结构优化后，巡检机器人能够平稳运行，传感器平台的抖动幅度在5 mm内，且搭载的各传感器均能正常工作，验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。

为弥补国内在旋翼翼型高速风洞动态试验模拟能力和测试精度方面的不足，基于FL-20连续式跨音速风洞，提出采用双端同步驱动旋翼翼型试验模型的方式，设计了一套高速风洞动态试验装置。该装置依托双天平动态载荷测量结合表面动态压力测量的方式，可提高旋翼翼型动态气动载荷的测量精度。风洞试验结果显示：当旋翼翼型试验模型的俯仰振荡幅值为10°时，其振荡频率可达17 Hz，且试验马赫数为0.6，雷诺数达到5×10⁶，处于国际领先水平。所研制的动态试验装置及其相关测试技术具有较高的可靠性，且试验数据可靠、规律合理，具备了开展高速风洞动态试验的能力，可为旋翼翼型动态失速问题的研究以及真实直升机试验参数的模拟提供重要的技术支撑。

针对蛇形机器人整体研制的关键问题，包括材料选取、结构设计和运动实现等，研制了一种新型的多关节蛇形机器人。该蛇形机器人由11个二自由度正交关节构成，可在保证灵活性的同时实现三维高仿生运动。采用蛇形曲线设计了蛇形机器人的蜿蜒、蠕动和翻滚等基本步态，并进一步提出了改进的越障步态。同时，在V-REP软件中对蛇形机器人的步态进行运动仿真，比较了不同步态的运动轨迹和运动效率。最后，通过蛇形机器人样机步态实验，对步态模型中各个控制参数对蛇形机器人运动波形和运动速度的影响进行了分析，验证了蛇形机器人本体结构与控制系统的可靠性。研究结果对实现蛇形机器人的步态规划与运动控制具有重要的理论意义与实际指导价值。

为了提高两栖仿海龟机器人行走的稳定性，对其进行动力学建模，并基于PID（proportional integral derivative，比例积分微分）反馈控制策略提出了一种力/位控制模型。首先，根据机器人的运动学模型，得到了支腿的变换矩阵和雅可比矩阵，并利用虚功原理建立了足端与液压缸之间的力传递模型。然后，利用拉格朗日法对机器人进行动力学建模，推导了支腿的动力学方程，同时进行了动力学仿真，并将实时的足端受力导入动力学方程进行计算，验证了动力学模型的正确性。最后，搭建了液压仿真模型，并在ADAMS?AMESim?MATLAB联合仿真环境中开展了机器人运动仿真。仿真结果显示：与纯位置控制模式相比，力/位控制模式下机器人膝关节的转动更加平稳，液压缸的动力输出更稳定且功耗更小。研究结果对提高机器人运动的稳定性、增强运动控制系统的鲁棒性和提高液压系统的总效率具有借鉴意义。

柔性驱动器因其固有的柔顺特性，能够实现机器人与人之间的安全交互，且具有较强的环境适应能力。为满足外骨骼机器人对关节柔性及变刚度特性的要求，设计了一种具有可重构性的变刚度柔性驱动器，可通过改变弹性元件的几何参数、材料和数量来实现重构，通过径向调节预紧力来实现可调范围内的变刚度。首先，运用零长度机架四杆机构的传动原理，建立了变刚度柔性驱动器的刚度数学模型，分析了柔性分支数和弹性元件刚度、预紧力对驱动器输出扭矩和刚度的影响规律。然后，建立了驱动器的ADAMS虚拟样机模型，并开展静力学性能仿真分析，验证了刚度数学模型的正确性。最后，建立了驱动器的动力学模型，通过Laplace变换得到了动力学系统的传递函数。频率特性分析结果表明，该柔性驱动器的稳定性良好。所设计的柔性驱动器体积小且质量小，能够在可穿戴外骨骼机器人驱动机构中应用。研究结果为机器人柔性驱动关节的设计提供了理论和技术参考。

针对恶劣工况环境下复杂矿用设备状态监测与预测性维护困难等问题，结合状态监测、故障预警和预测维护等多种综合建模与分析预测技术，提出了一种基于数字孪生的预测性维护系统。首先，介绍了复杂矿用设备数字孪生体的设计流程与构建原理，并在搭建数字孪生体的过程中实现了预测性维护系统的功能；然后，研究了基于LabVIEW、MySQL和Unity3D的状态数据获取方法，利用Unity3D开发引擎搭建了三维可视化复杂矿用设备状态监测平台，并通过虚拟空间可视化展示设备当前状态；最后，分析了优化BP（back propagation，反向传播）神经网络在复杂矿用设备故障预警中的适用性，同时利用MATLAB软件建立了复杂矿用设备关键零部件的预测性维护模型，并将预警结果通过MySQL数据库传输至Unity3D开发引擎，以驱动和部署预设维护流程，实现设备状态实时监测下的关键零部件故障预警。根据采煤机液压系统的实际维修流程，制定了混合现实（mixed reality, MR）预测性维护策略，并以采煤机摇臂部液压柱塞泵为实验对象开展有效性验证。结果表明，所构建的预测性维护系统的故障预测准确率高于90%，且故障预警结果可驱动HoloLens眼镜实现虚拟指导的维修交互，验证了该系统预测性维护功能的有效性。研究结果可为复杂矿用设备的预测性维护提供新思路。

针对RV （rotate vector）减速器在工作过程中存在的零件磨损导致传动精度下降的问题，建立了考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度动态可靠性模型，进行传动精度可靠性分析，并对关键零件的公差以及摆线轮的修形参数进行优化设计。以某重载RV减速器为研究对象，利用Archard磨损公式对摆线轮的磨损深度进行计算，分析轮齿齿廓磨损的分布情况，并基于数值仿真数据利用高斯过程回归模型预测磨损量；建立了含动态磨损的RV减速器传动精度可靠性模型，用蒙特卡洛法求解其动态可靠度；建立了以传动精度动态可靠度为约束条件，以加工成本最低、额定寿命周期内最大磨损量最小为优化目标的优化模型，采用多目标遗传算法求得最优解。结果表明；优化后摆线轮的磨损量略微增大，而减速器的加工成本明显降低；优化后减速器传动精度可靠度得到明显提高，在额定寿命6 000 h内的可靠度满足预期要求。研究结果可以为高精度RV减速器的设计提供参考。

为了合理地设计大型深海自主水下航行器（autonomous underwater vehicle, AUV），针对其无动力螺旋下潜时的静力配置问题展开研究，重点分析其无动力螺旋下潜运动特性。首先，基于拉格朗日方程推导了大型深海AUV的动力学模型，并利用CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）软件对其直航试验、斜航试验、悬臂水池试验和平面运动机构试验进行数值模拟，通过最小二乘线性回归法拟合得到了相应的水动力系数；同时通过对比给定推力条件下AUV的直航速度验证了动力学模型的有效性。然后，基于所构建的动力学模型，利用MATLAB/Simulink和S函数建立了大型深海AUV的六自由度运动仿真模型，分析了其净负浮力、重心纵向位移和稳心高度与无动力螺旋下潜稳态参数之间的关系。最后，设计了1∶10的大型深海AUV缩比样机，通过水池试验验证了动力学仿真结果的正确性。结果表明：净负浮力作为大型深海AUV下潜时的主要动力来源，决定了AUV的下潜速度和偏航角速度；净负浮力和重心纵向位移与稳心高度的比值越大，AUV的垂向下潜速度越快，下潜至6 000 m深度的用时越短；由于该AUV的体量较大，其纵倾角主要由重心纵向位移与稳心高度的比值决定，压载质量对重心位置和转动惯量的影响几乎可以忽略。研究结果可为大型深海AUV无动力螺旋下潜时的静力配置提供参考。

为了实现使连续体结构的体积约束和柔顺度最小的拓扑优化及解决采用经典变密度法引起的结构优化结果存在如灰度单元、棋盘格等数值不稳定问题，提出了一种新的拓扑优化方法。首先，采用改进的固体各向同性材料惩罚法作为材料插值方案，建立结构拓扑优化模型；其次，通过引入基于高斯权重函数的敏度过滤法和设计新灰度单元抑制算子来解决数值不稳定问题；最后，借助优化准则法求解优化模型。通过算例分析可知：新策略可以改进拓扑优化方法；新的拓扑优化方法具有收敛速度较快、能更好地获取柔顺度小且拓扑构型好的优化结构和抑制灰度单元产生等优势。研究结果为其他连续体结构的拓扑优化研究提供了新思路。

在经编机运行过程中，其横移机构可能会因横移控制系统失控或传动误差而发生故障。为实现经编机横移机构故障的有效检测，结合振动信号的组合特征和支持向量数据描述（support vector data description, SVDD）算法，提出一种由数据驱动的故障检测方法。首先，采集经编机横移机构的振动信号并提取其时域特征；然后，采用小波包分解获取振动信号在各频带上的能量占比，并结合时域特征构建特征向量。最后，基于训练样本（仅含正常样本）的特征向量，利用SVDD算法构建独立封闭的最小超球体，并通过比较测试样本到超球体球心的距离与超球体半径来实现经编机横移机构的状态评估。对基于所提出方法的故障检测结果与仅使用时域特征和SVDD算法以及使用组合特征和支持向量机（support vector machine, SVM）的故障检测结果进行对比。结果表明，结合振动信号组合特征和SVDD算法的故障检测方法的准确率更高。研究结果可为经编机横移机构故障的准确检测提供理论基础，进而为经编机管理人员提供一定的辅助决策信息。

为了准确地确定产品人机工程问题，以提升人机交互性能，运用TRIZ（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatc，发明问题解决理论）提出了基于功能表面驱动与可拓工具的冲突区域确定方法。首先，利用功能表面改进功能过程模型，识别人机工程问题的初始问题功能元，并结合可拓表达和相关分析完成初始问题功能元的转换及最终问题功能元的确定。然后，利用功能表面改进功能关系模型，识别产品的初始冲突区域，并结合可拓表达、相关分析、蕴含分析和优度评价完成初始冲突区域的转换及最终冲突区域的确定。最后，利用标准解对冲突区域中的不良作用进行求解，并通过优度评价完成方案的评价和筛选。通过割草机改进设计实例验证了所提出方法的可行性。研究表明，该方法有助于交互式产品冲突区域的确定，提高了其人机工程问题的解决效率。

为了解决爬壁机器人壁面适应能力差、运动灵活性低等问题，分析了现有爬壁机器人磁吸附机构存在的不足，并以轮式爬壁机器人为研究对象，根据爬壁机器人的功能要求，设计了一种壁面自适应悬摆式磁吸附机构。通过Ansoft软件对悬摆式磁吸附机构和传统磁吸附轮进行了对比分析。为了进一步减小磁吸附机构的质量，同时提高其吸附可靠性，基于高磁能利用率的目标，采用SNLP（sequential non-linear programming，连续非线性规划）算法对悬摆式磁吸附机构的结构参数进行优化，优化后磁吸附机构的吸附力增大了25.52%。研制了悬摆式磁吸附车轮样机，开展了吸附力测试实验和卸磁实验，并将其安装在爬壁机器人上，开展了运动性能测试实验，验证了磁吸附机构结构参数优化结果的合理性和结构设计的实用性。研究结果为提高爬壁机器人的工作性能提供了参考。

在页岩气开采过程中，压缩机主机气缸内的页岩气在短时间内被急剧压缩，页岩气压力高且波动大，机组转速快，致使主机承受着多种复杂、周期性激励载荷的作用，主机及其零部件产生复杂振动，严重影响压缩机的工作可靠性。因此，以大型往复压缩机主机为研究对象，采用瞬态响应分析与实验测试相结合的方法，开展压缩机主机振动研究。主机振动仿真和测试实验结果表明：主机振动变形最大的部位为四缸端部，为0.09 mm；主机最大应力出现在一级进气缓冲罐与四缸连接部，为29.66 MPa；主机二级进气缓冲罐自由端往复方向的振动烈度最大，为14.75 mm/s，振动烈度满足要求，主机振动处于安全状态；仿真与测试所得振动烈度的最大误差为12.7%，在工程允许误差范围内，验证了仿真方法的合理性和正确性。研究成果为进一步降低压缩机主机振动和优化主机结构提供了参考。

六维力传感器作为重要的空间力感知元件，被广泛应用于机器人的力/位置控制、抓取装配、轮廓检测、自主避障和人机交互等。目前，提高精度是六维力传感器的主要研究方向之一。但由于受到自身结构和加工误差等因素的影响，六维力传感器会产生维间耦合现象，而维间耦合是影响其精度的重要因素。为减少耦合误差的影响，采用误差分析、理论推导及实验验证相结合的方法对六维力传感器的解耦算法进行研究。首先，对六维力传感器进行了耦合分析，得到其耦合模型。然后，对六维力传感器的线性解耦算法进行研究，并在此基础上提出了基于多项式拟合的解耦算法，以在不改变六维力传感器结构的前提下减小耦合误差，从而提高其精度。最后，选用正交并联六维力传感器开展标定实验，并分别采用2种算法进行解耦求解。结果表明，基于多项式拟合的解耦算法能减小维间耦合对六维力传感器精度的影响；所提出的解耦算法有效地提高了六维力传感器的精度，与线性解耦算法相比，最大耦合误差减小了8.914个百分点且线性度误差减小了0.111个百分点。研究结果可为六维力传感器维间耦合误差的减小和精度的提高提供参考。

为了解决柔顺机构在优化设计过程中试验及性能验证困难的问题，采用3D打印技术对热塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）材料的力学性能进行了试验研究。分析了材料硬度和打印填充率对TPU材料力学性能的影响，获得了TPU材料较佳的3D打印参数。进行单因素和两因素试验并结合方差分析，确定了显著影响TPU试样柔性的主次因素分别为TPU材料硬度和打印填充率。结合TPU材料的力学性能试验数据，得到了Mooney-Rivlin、Yeoh、Ogden、Valanis-Landel等4种常用超弹性材料本构模型的材料参数与材料硬度、打印填充率之间的映射关系。研究表明：随着TPU材料硬度和打印填充率增大，试样的柔性减弱；在4种超弹性模型中，Ogden模型对于不同打印参数下的TPU试样都具有较好的力学性能预测效果；4种模型在相同TPU硬度、不同打印填充率下的预测效果没有明显差别。研究结果可以为TPU材料的3D打印和有限元仿真分析提供参考，为柔顺机构在设计过程中的试验、性能验证及样件制作提供可靠的技术支撑。

准确识别护帮板支护状态，判断护帮板是否与采煤机发生干涉，是实现煤矿安全生产的重要一环。提出了一种基于改进YOLOv5s的护帮板异常检测方法。建立了护帮板数据集hb_data2021，对YOLOv5s模型进行改进。根据基于改进YOLOv5s的护帮板状态检测结果的标签分类，判断护帮板状态是否异常。为了减小YOLOv5s模型的参数量，采用MobileNetV3 和轻量级注意力机制NAM（normalization-based attention module，标准化注意力模块）替换主干特征提取网络。为了提高护帮板检测精度，改进损失函数为α-CIoU，并进行知识蒸馏。实验结果表明：蒸馏后的网络平均精度提高了1.0%，参数量减小了33.4%，推理加速34.2%；基于改进YOLOv5s的护帮板异常检测方法效果良好，将其部署在NVIDIA Jetson Xavier平台上，可以满足实时检测视频的要求。将检测模型移植到巡检机器人的嵌入式平台上，可以实现护帮板异常检测，满足煤矿工业实际需求。

空间复合力测量是空间感知技术的重要发展方向之一。六维力传感器作为主要的空间复合力测量装置，被广泛应用于火箭发动机推力测试、航天器对接等领域。目前，轻量化已成为六维力传感器的主要研究方向之一，但由于其设计指标多且各项指标间存在相互制约，故采用理论推导、数值仿真及实验验证相结合的方法进行研究。首先，利用螺旋理论建立Stewart式六维力传感器在理想条件下的力映射模型，通过求解综合性能目标函数来确定其各向同性度理论最优时的结构参数。然后，利用ABAQUS有限元分析软件构建Stewart式六维力传感器仿真模型，并对其初始样机的质量、刚度、强度和灵敏度进行了详细分析；在此基础上，分析了上、下加载盘主要结构参数对传感器质量、刚度和强度的影响，进而对加载盘结构参数进行了优化并设计了一种具有正四面体特征的半球形减重结构，实现了传感器的轻量化设计。最后，对优化后Stewart式六维力传感器的性能进行了仿真分析和实验验证。结果表明，基于多目标参数优化结合数值仿真、实验验证可有效提高设计效率和降低设计成本；所设计的减重结构可有效改善Stewart式六维力传感器的质量分布和提高其质量利用率，优化后传感器的质量减小了17.65%且综合性能优异。研究结果可为六维力传感器的轻量化设计和综合性能优化提供参考。