永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点，广泛应用于不同领域。在永磁同步电机使用过程中，不可避免地会出现各种故障，例如退磁故障、电路故障、转子偏心故障和轴承故障等。基于永磁同步电机的结构和工作原理，对其各类故障的产生原因和诊断方法进行总结，并分析了模型构建和信号处理在故障诊断中的优势。研究结果为永磁同步电机故障诊断提供了一定的理论依据。

水下机械手是作业型水下机器人的首选配置装备，其具有运动灵活、抗干扰性强等优点，获得了国内外学者的广泛关注。针对水下机械手的功能、结构特征、动力学性能及控制方法，现已有大量学者开展研究，其中动力学分析是研究核心，但目前缺乏对其的系统性总结。为此，聚焦于水下机械手动力学的研究方法与技术，首先对水下机械手用于不同水下作业时的功能和设计特征进行了总结；然后对水下机械手的动力学建模方法进行了分类和比较，主要包括基于误差补偿的动力学建模方法和基于水动力学模型的动力学建模方法；最后对惯性及黏性水动力学模型的构建方法进行了详细描述。通过对比不同的水下机械手动力学建模方法，指出了未来可研究的新方向。研究结果可为后续的水下机械手研究提供一定参考。

针对压电执行器和压电驱动平台输出行程有限的问题，设计了一种三角混合两级杠杆微位移放大机构。首先，理论推导了该微位移放大机构的位移放大公式，得到了位移放大比；其次，分析了不同类型两级杠杆结构支点铰链对施加载荷的敏感性；最后，利用ANSYS软件对机构进行静力学和动力学仿真，对机构的相对寄生运动比和固有频率进行了分析。结果表明：当选取直梁形铰链作为两级杠杆结构的支点铰链时，机构对施加载荷的敏感性较强；机构位移放大比理论值与仿真值的相对误差为9.56%，相对寄生运动比为0.348 2，且1阶固有频率最佳。所设计的微位移放大机构具有较小的寄生位移、较强的抗干扰能力和较好的动力学性能。研究结果为压电驱动器或快速反射镜支撑结构实现大量程的位移输出提供了一定的理论指导。

为了提高移动机器人的越障性能，实现其自主越障，设计了一种轮-履-腿复合仿生机器人，并对其进行步态规划和越障性能分析。首先，以海龟为仿生对象，通过分析其身体结构和稳定机理，设计了机器人的轮-履-腿复合式移动机构和二自由度支腿结构；同时，基于该机器人的结构特征，利用D-H（Denavit-Hartenberg）法建立了坐标系并求解了其支腿的运动学方程。然后，通过观察海龟的爬行过程，将其单个爬行步态周期内的动作分解成放腿、爬行、抬腿和摆腿，并结合运动学模型对机器人进行步态规划，提出了4种仿海龟爬行步态。接着，以机器人的四腿爬行步态为例，利用静力学方法分析了其支腿关节的受力情况，而后通过分析机器人跨越壕沟和攀越台阶的过程，以最大跨越壕沟宽度和攀越台阶高度为指标对其越障性能进行了评价。最后，制作了机器人实验样机，开展了步态实验和越障实验。实验结果表明，该机器人可以利用4种仿海龟爬行步态实现横向移动、纵向移动和原地旋转，且具有很好的越障性能和稳定性；机器人能跨越最大宽度为434 mm的壕沟，攀越最大高度为175 mm的台阶。实验结果进一步验证了所设计的仿海龟机械结构可行，所规划的仿海龟爬行步态合理，以及所建立的越障理论模型正确。研究结果可为移动机器人的结构优化和越障性能提升提供借鉴。

针对现有湿垃圾就近处理装置存在成本高、占地面积大以及垃圾处理后仍达不到排放标准等问题，研制了一款新型机械压缩式湿垃圾处理装置。首先，介绍了机械压缩式湿垃圾处理装置的功能和技术特点。然后，对机械压缩式湿垃圾处理装置进行模块化设计，主要包括提升装置、传送带分拣装置、破碎脱水装置、污水处理装置以及压块装置等。最后，对机械压缩式湿垃圾处理装置的技术参数进行设计计算，并对其自动控制方案进行设计。所设计的机械压缩式湿垃圾处理装置将传统的垃圾破碎机与压榨脱水机进行一体化设计，实现了湿垃圾的高效脱水；通过压块装置的处理，实现了垃圾碎渣的压缩，可有效缓解垃圾运输中的运力紧张、二次污染等问题；经污水处理装置的处理，实现了污水的循环再利用。机械压缩式湿垃圾处理装置具有成本低、体积小、处理流程简洁和耗费人力资源少等优势，适用于已实施垃圾分类收集的中小型垃圾收集站，在湿垃圾处理行业中具备广阔的市场前景。

为解决工业机器人工作效率低、能耗损失严重和关节冲击磨损较大的问题，提出了一种基于布谷鸟搜索（cuckoo search， CS）算法和非支配排序遗传算法-II（non-dominated sorting genetic algorithm-II， NSGA-II）的混合算法（简称为CSNSGA-II），用于机器人的轨迹优化。采用5次非均匀有理B样条（non-uniform rational B-splines， NURBS）曲线作为工业机器人的轨迹规划曲线，同时以运动时间、能耗和冲击磨损为优化目标构建相应的多目标轨迹优化模型，并在速度、加速度和加加速度的约束下采用CSNSGA-II进行轨迹优化。CSNSGA-II以Tent混沌映射初始化时间序列，采用不可行度算法将解分为可行解与不可行解，并利用改进的CS算法对不可行解进行处理。利用MATLAB软件对6R勃朗特机器人进行建模仿真，并对得到的非支配解集和归一化加权迭代最优值进行对比分析。仿真结果表明，相比于NSGA-II、多目标粒子群优化（multi-objective particle swarm optimization， MOPSO）算法，所提出的CSNSGA-II可更有效地对6R勃朗特机器人的轨迹进行优化，所得非支配解集更加均匀且接近真实Pareto前沿，最终得到的轨迹曲线较为平滑，可同时满足6R勃朗特机器人的高效率、低能耗及少冲击磨损的要求。所提出的方法可为进一步推动工业机器人在生产中的广泛应用以及提高生产能力和效率提供指导。

针对四轮独立驱动与四轮独立转向（four-wheel independent drive and four-wheel independent steering, 4WID-4WIS）智能车的转向行驶工况，基于阿克曼转向原理，提出一种利用三阶贝塞尔曲线进行轨迹规划的新方法。首先，采用最优函数获取一条满足智能车初始状态约束、目标状态约束和曲率连续约束且曲率差值最小的最优轨迹。然后，提出一种位置估算算法，即基于惯性导航系统测量的航向角和编码器的脉冲数对智能车的位置增量进行计算，从而估算其行驶时的位置，并推算运行轨迹的长度。最后，在MATLAB软件中对所规划的智能车轨迹进行仿真计算，并在实车试验平台上验证轨迹规划方法和位置估算算法的合理性和可行性。结果表明，4WID-4WIS智能车能够按规划的轨迹行驶到给定终点，其横向位置估算误差为0.19%，纵向位置估算误差为0.20%，运行轨迹长度推算误差为0.22%；相比于其他里程计算法、测距法等单一算法，所提出的位置估算算法的精度高，可为其他移动机器人的轨迹规划和位置估算提供参考。

智能制造是我国近年来大力倡导的重点发展方向之一。随着智能制造试点的不断建立、发展和完善，数字孪生技术逐步得到应用。基于此，以五轴加工中心智能生产线为例，对数字孪生技术的应用情况进行总结。基于数字孪生技术，按1∶1的比例构建五轴加工中心智能生产线上实体设备的数字模型并配置对应的物理属性，使得数字模型具有与实体设备相同的动作状态。然后，对数字模型进行信号点设置并与外部控制信号进行映射与连接，实现对建成前五轴加工中心智能生产线的虚拟调试，并通过不断迭代获得最优的建设方案。实践结果表明，利用数字孪生可实现智能生产线组合、调试和生产的虚拟仿真；基于数字孪生的虚拟仿真功能，可实现产品物理属性参数和设计精准度的可视化展示，使得产品在设计阶段就能通过适应性验证，实现快速更新；在智能生产线建成后，利用数字孪生可实现对生产线上实体设备的管理及其工作状态的实时监控，以更好地了解各设备的运行状态。综上，数字孪生技术贯穿了智能生产线的全生命周期，可在智能制造领域推广应用。

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。

螺旋输送机作为土压平衡式盾构的重要功能部件之一，常常需要进行设计调整以满足新的工程需求。但是，设计调整容易导致产品指标发生过量变动，进而对产品的可靠性、安全性和可维护性等产生负面影响。为最大化重用已有的、经过工程验证的设计方案，降低设计调整的负面影响，提出了一种盾构螺旋输送机适应性设计智能决策方法。首先，收集盾构螺旋输送机的产品指标和设计参数以构建产品数据集，并通过依赖性分析和相关性分析分别建立其产品指标与设计参数间的依赖性矩阵和相关性矩阵；然后，基于产品指标与设计参数之间的相关性进行层次聚类，得到不同的产品元素集群，进而标定设计调整过程中产品指标变动的影响范围；接着，结合依赖性矩阵和层次聚类结果，识别不同集群中各产品指标所对应的关键设计参数；最后，利用神经网络构建产品指标-设计参数回归预测模型，并通过搜寻得到对新的产品指标需求具有较好适应性的设计参数调整方案。通过对盾构螺旋输送机产品指标的需求值与预测值进行对比分析后发现，其平均绝对百分比误差（mean absolute percentage error，MAPE）为3.964 7%，且达成度为96.04%，基本满足设计要求。结果表明，所提出的方法能够准确标定盾构螺旋输送机产品指标变动的潜在影响范围，可有效识别产品指标所依赖的关键设计参数，并实现关键设计参数的智能求解，其不仅可为盾构螺旋输送机的适应性设计提供决策支持，还可为满足个性化、差异化需求的产品适应性设计提供技术借鉴。

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。

两段式液压机械无级传动能够实现大传动比、宽传动范围的无级变速，并且可以降低液压元件的额定功率，提高全程的传动效率。该传动机构的运动特性关系着整车工作模式的设定及其性能的发挥。分析了液压机械无级传动机构分矩汇速型、分速汇速型和分速汇矩型三种类型的分汇流形式。利用杠杆法分析了外力构件位置对机械点分布、液压元件正反相位和功率流类型的影响，获得了两段式液压机械无级传动机构的可行分汇流形式。总结了各个段内液压元件转速与输出转速的关系，并基于无速差换段理论对段间输出转速的衔接规律进行了研究。通过液压元件正反相位的往返变化，实现了两段式液压机械无级传动输出转速的连续无级变化。搭建了采用分矩汇速+分矩汇速型液压机械无极变速器的ZL50型装载机的仿真平台，进行装载机在典型V循环工况下运动特性的模拟，分析了变速器的输出转矩和传动效率，结果验证了理论分析结果的正确性。研究揭示了液压机械无级传动机构的段内运动特性及段间的运动衔接规律，为液压机械无级传动机构的设计及工程应用提供了理论依据。

箱式电梯狭小空间内人员之间大量的间接接触给2019冠状病毒病的传播带来了隐患，如何抑制病毒在电梯中生存和传播成为亟待解决的问题。为此，通过分析公理化设计（axiomatic design，AD）和发明问题解决理论（Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch，TRIZ）这2种创新设计方法的优缺点，面向突破性设计、适应性设计和变参数设计等不同的设计类型，提出了集成AD和TRIZ的创新设计方法。首先，对产品的功能需求进行分析，以确定其归属的设计类型，并利用AD理论对功能需求进行分解，采用TRIZ构建功能-结构树。然后，对初步确定的设计方案进行耦合判断，并利用TRIZ进行解耦，经多次迭代求解后得到最终的设计方案。以传统箱式电梯的公共交互控制面板和密闭运载轿厢为研究对象，面向阻止病毒传播和消杀病毒的功能需求，采用集成AD和TRIZ的创新设计方法对箱式电梯的防疫功能模块进行设计，最终为传统箱式电梯设计了非接触式交互控制模块和分条件消毒灭菌模块。创新设计实例在从传统的机械结构设计拓展到新型的人机交互模式设计方面做了有益的尝试，验证了集成AD和TRIZ的创新设计方法的可行性。研究结果可为产品新功能模块的概念创新设计提供有效的理论支撑。

针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失，结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑，从而实现运动功能恢复。为此，将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合，提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统。使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息，通过设计人机镜像运动映射算法来映射上肢康复训练机器人的运动轨迹。考虑到康复治疗的柔性需要，该机器人的关节采用基于比例压力控制的摆动气缸来驱动；同时，针对气动系统的特性，设计了PD（proportional differential，比例微分）+速度前馈补偿的轨迹跟踪控制策略，实现了双侧肢协同运动的镜像康复训练。通过对机器人系统样机进行复合运动轨迹规划试验和镜像康复训练试验，验证了该系统在镜像康复治疗中的可行性和有效性。所设计的机器人系统为人体双侧肢协同运动的康复训练临床需求提供了设计思路和实现方法。

双离合变速器（dual clutch transmission，DCT）具有换挡速度快、传动效率高和质量小等优点，搭载DCT的电动汽车的动力性与经济性可显著提高。在DCT中，电液控制系统总成的设计尤为关键。以纯电动汽车的两挡干式双离合变速器（简称为2DCT）为研究对象，对其电液控制系统总成进行设计。首先，基于2DCT中干式双离合器的结构和性能参数，对2DCT电液控制系统的关键元件进行选型和计算。然后，基于2DCT电液控制系统的原理，设计了一体式液压阀体，并通过静力学分析来验证其结构的稳定性。最后，对2DCT电液控制系统的一体式液压阀体的结构进行拓扑优化，以减小液压阀体的质量，从而实现轻量化。结果表明，所设计的电液控制系统总成的工作特性和结构强度均满足要求，可充分提高电动汽车的平顺性和响应速度。研究结果可为电动汽车变速器电液控制系统总成的开发提供理论依据。

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。

圆度误差是评价机床加工精度的重要指标。为实现机床圆度误差测量不确定度的评定，对基于球杆仪测量的机床圆度误差的贡献因素及不确定度评定方法进行研究。首先，采用最小二乘法（least sqaure method，LSM）对圆度误差进行评定。然后，基于黑箱理论提出了多源融合误差测量不确定度评定方法。接着，根据球杆仪测量机床圆度误差的基本原理，建立了机床圆度误差测量不确定度评定模型。最后，利用球杆仪对某加工中心ZX平面的圆度误差进行多组重复测量实验，采用所提出的方法对圆度误差测量不确定度进行计算，并与基于蒙特卡罗法（Monte Carlo method，MCM）的计算结果进行对比验证。结果表明，基于所提出方法和MCM的机床圆度误差测量不确定度的评定结果分别为1.190 0 和1.160 0 μm，两者的相对偏差约为2.5%，由此验证了所提出方法的可行性。所提出方法规避了繁杂的输入量与输出量之间函数关系的求解过程，简化了机床圆度误差测量不确定度的评定过程，具有较强的实用性。

为避免垃圾桶中的垃圾直接与人体接触，减少垃圾对环境的污染，基于电动热封口技术，设计了一种电动热封口式垃圾桶。以MSP430单片机为控制核心，采用梯形丝杠传动技术，将步进电机的转动转换为垃圾桶压条装置的直线运动；在压条装置上辅以合理的电路设计以及双层电热丝结构，实现对塑料垃圾袋无间隙、低噪音封口；选用LCD12864液晶显示器和语音模块，用文字和声音实时显示封口过程。设计了垃圾桶的封口单元和电动热封口控制单元，进行了塑料垃圾袋的封口实验。实验结果表明，选用PE （polyethylene，聚乙烯）材质垃圾袋和Cr20Ni80电热丝能够快速准确地实现电动热封口。研究结果对垃圾桶的绿色设计和智能化设计具有重要的参考价值。

为了研究采煤机滑靴的振动特性，对采煤机整机进行动力学建模分析。首先，根据采煤机部件的功能，将采煤机划分成前、后滚筒，前、后摇臂，机身，前、后导向滑靴和前、后平滑靴等9个部分；然后，基于拉格朗日法构建了采煤机三向耦合动力学模型；接着，对所构建的动力学模型的坐标耦合问题进行分析，并采用Wilson-θ算法对动力学模型进行仿真求解；最后，通过采煤机振动实验获取了滑靴的三向振动加速度，并与仿真结果进行对比。结果表明：通过仿真与实验获得的滑靴振动加速度的中位数均集中在平衡位置“0 m/s²”处，但仿真结果的四分位数全距大于实验结果，即仿真结果相对发散，而实验结果更为聚集；仿真结果与实验结果的相关系数均大于0.3，呈实相关，其中部分数据的相关系数大于0.5，呈显著相关；在仿真结果与实验结果的P值直方图中，各组数据的P值均大于0.05，说明在95%置信区间内，仿真结果与实验结果无显著差异，表明仿真结果可以近似代替实验结果，具有一定的准确性和实用性。研究结果可为采煤机滑靴的故障诊断、结构优化以及疲劳寿命分析提供理论依据。

在零件自顶向下的设计过程中，随着领域知识的不断引入，其设计状态不断递进转换。为构建零件从功能到结构规范化的演化过程，分析了零件功能和结构约束的映射关系，完整表达了零件设计状态的转换过程，定义了从功能到结构语义、零件约简结构至详细结构的渐进式的零件多域视图模型。通过对零件模型的功能约束、拓扑结构及作用关系的分析，以及对零件构成单元的功能时序、功能单元、几何结构、形位、装配与进化序列的分析，建立了基于功能约束和结构约束的零件关联约束模型，并将抽象语义知识进行结构化处理，构建了由功能视图模型、功能结构过渡语义描述模型、结构约简视图模型和结构视图模型组成的自顶向下的、渐进式零件多域视图模型。根据零件特征信息的表达层次和表达需求对上述各视图模型进行表述，体现零件在不同形态、不同阶段的设计知识，形成一个具有过程性、动态性、层次性和递进演化特性的零件对象定义模型。基于多域视图模型，可形成零件结构的多重解释，从而实现功能驱动的零件结构系列化设计，拓展狭义的零件结构设计的范畴，有助于实现基于模型的计算机辅助零件设计，推进产品设计过程的自动化和智能化。

为解决人工矫直线缆时矫直精度和标准化水平低的问题，对一种新型电力线缆的矫直过程进行了有限元仿真和实验分析，研究了线缆矫直过程中线缆挠度的变化规律。利用ANSYS workbench软件建立半圆状线缆有限元模型，采用瞬时动力学仿真分析压入量为0.5 mm时线缆矫直情况；在此基础上，分析在相同进给速度、不同线缆内径和相同线缆内径、不同进给速度下线缆的矫直过程，研究线缆挠度与线缆内径和进给速度的关系；制备了弯曲线缆试样，进行线缆矫直实验。结果表明：在0.5 mm给定压入量下，线缆矫直结果符合预期；线缆内径和进给速度对线缆挠度影响较大。线缆内径越大，进给速度越快，则线缆挠度越大，矫直精度越低且挠度变化趋势呈非线性。线缆挠度仿真值与实验值的误差在10%之内，验证了线缆矫直机有限元模型的准确性。研究结果可为提高线缆矫直机的矫直精度、工作效率及矫直机的优化设计提供参考。

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响，提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先，基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况，建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型，并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑，采用非线性弹簧单元模拟滚子，通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后，设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验，通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后，基于构建的有限元模型，分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著，而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱，其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大，下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小；在轴向力和倾覆力矩的联合作用下，三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子，充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力，而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷，导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。

为了在虚拟现实（virtual reality，VR）环境中准确模拟用户的放置任务和避免由交互设备抖动等因素导致的放置精度低的问题，利用自然手势进行交互，并提出一种基于改进Fitts定律的面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测方法。首先，构建了“手势交互—VR环境—VR交互任务”的交互逻辑，建立了自然手势与交互任务之间的语义映射关系；其次，根据自然手势设计原则，进行了面向VR放置任务的自然手势交互实验；然后，结合VR放置任务的特点，将移动距离、目标物容差和移动物体大小融入经典Fitts定律，建立了基于改进Fitts定律的自然手势交互时间预测模型；最后，对实验数据进行回归分析。回归分析结果显示：基于经典Fitts定律拟合得到的相关系数R²=0.515，交互时间的预测值与真实值存在较大偏差，表明经典Fitts定律不适用于面向VR放置任务的自然手势交互时间的预测；基于改进Fitts定律拟合得到的相关系数R²=0.970，交互时间的预测值与真实值相吻合，表明改进Fitts定律具有良好的适用性，可准确预测面向VR放置任务的自然手势交互时间。研究结果丰富了VR交互方式，并可为VR环境中人机交互界面的设计提供指导。

串联式机床整机的刚度受到刚度最小的薄弱模块的制约。为了提高机床整机的刚度，提出了一种新的机床薄弱模块识别方法。首先，利用模块化设计方法对机床进行模块划分。然后，将包含主轴的最小模块作为基础模块，逐一添加同一串联结构中的模块，通过分析添加某个模块后结构变形量的增量来确定机床的薄弱模块。最后，对识别出的薄弱模块进行结构改进，并以机床的整机质量，X、Y、Z向变形量和动态特性为评价指标，利用基于熵权法的模糊综合评价法对结构改进前后机床的性能进行对比，以验证所提出方法的可行性。C型搅拌摩擦焊机床薄弱模块识别实例的结果表明，所提出的方法不仅能够准确识别机床的薄弱模块，而且能够准确获取薄弱模块的薄弱方向。研究结果可为机床结构的改进奠定理论基础。

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。