圆管带式输送机是近年来受到广泛关注与应用的特种带式输送机。对圆管带式输送机结构设计与改进、设计计算方法、性能的理论研究与测试等进行了回顾；通过总结国内外圆管带式输送机实例和研究进展，分析了输送带宽度与管径的关系、输送带弯曲性能、运行阻力等方面的问题，梳理了圆管带式输送机的发展趋势。针对目前设计机理与输送带特性相关概念混淆的问题，从力学的角度明确了成形力、接触力（反弹力）、成槽性和横向弯曲刚度的关系，分析可知接触力包含输送带的重力，不能直接反映输送带的横向弯曲刚度，建议用成形力来表征输送带弯曲性能或横向弯曲刚度。根据实际应用和CEMA （Conveyor Equipment Manufacturers Association）推荐的输送带搭接宽度，指出了国内现行标准存在搭接宽度过大的问题，建议采用带宽管径比来表示带宽与管径的关系，并提出了搭接宽度的计算式。由于圆管带式输送机的圆管直径由外径表示，但输送带的厚度对承载物料截面积影响显著，给出了考虑输送带厚度和搭接宽度的确定圆管带式输送机带宽、管径的新方法及圆管带式输送机的成管阻力、成形阻力和曲线段阻力的修正计算式。所提出的计算方法考虑了输送带的横向刚度和张力等影响因素，与现有方法相比更接近于实际，且已经在圆管带式输送机工程设计中应用，为圆管带式输送机的进一步发展提供了依据。

消费者对个性化产品购买需求的增加，对制造企业的定制生产能力提出了越来越高的要求。而现有制造企业存在的信息化水平不高、制造资源不足等问题，严重影响了制造企业向个性化生产转型的进程。针对上述情况，结合云制造概念及技术提出了云制造中产品个性化定制生产模式。为了更加深入地研究云制造中产品个性化定制的运行模式及阐述云制造平台在定制生产过程中的主要作用，从体系架构、服务流程、关键技术等方面对相关研究进行了回顾和介绍，然后列举了个性化定制生产模式在汽车、软件和服装行业的应用，最后对研究趋势进行了展望。分析表明，云制造平台汇聚全球的制造资源为个性化定制服务，能够有效解决单一制造企业实施个性化定制过程中面临的一系列困难，做到以较低的成本快速高效地满足消费者日益多样化、个性化的需求。

随着社会的发展和科技的进步，消费者对于产品的需求呈现多样化，因此多品种小批量生产模式成为制造业的一大主流趋势，但由此带来的加工数据量少的问题给企业生产过程的质量控制及工序能力分析带来了困难。为了解决这个问题，利用相似元理论，根据影响工序的各种因素，将与目标工序相似的其他工序合并成组，通过数据转换扩大样本容量，进而利用大样本加工数据对目标工序进行质量控制和工序能力分析。以某生产车间车削工序为例，计算出该工序的工序能力指数，所得结果与实际情况相符。结果表明，该方法可以给多品种小批量生产模式下企业的质量控制和工序能力分析工作带来许多便捷。

标定机器臂的运动学参数可以有效提高机械臂的绝对定位精度。针对一般平面约束标定方法往往通过手动示教获取测量数据，效率低，提出一种基于视觉辅助定位约束平面的机械臂运动学参数辨识方法。为了弥补双目视觉视场范围狭小的弊端，在约束平面上粘贴3个靶点，以此将对平面的定位等效成对靶点的定位。应用双目视觉系统提取靶点中心并进行立体匹配，得到靶点在机械臂基坐标系下的三维位置信息；同时构建靶点坐标系，以此规划出按一定规律分布的约束点；为了进一步提高标定精度，建立双平面约束误差模型，通过两垂直平面上任意非共线的3个点得到一系列法向量，每一对法向量的数量积为0，即增加了约束方程；利用机械臂对相互垂直的两约束平面自动进行接触式测量，通过改进的最小二乘法辨识出真实的运动学参数误差。实验结果表明，基于双平面约束误差模型，修正运动学参数后，机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到了0.453 mm。该方法实现了数据的自动化测量，大大提高了标定效率，为机械臂批量标定提供了参考，具有工程意义。

随着海洋无人系统的发展，自主式水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）的自主布放和回收技术成为亟待突破的瓶颈技术。利用无人水面艇（unmanned surface vehicle，USV）回收AUV成为海洋无人系统协同作业的发展方向之一。目前国外一些研究机构提出的利用USV回收AUV的方案，成熟度都较低。为了实现USV自主回收AUV，设计了一种用于USV动态回收AUV的回收装置。该装置通过绳索连接固定在USV上的绞车，下方连接一个V形翼，用于维持其稳定性，以实现USV在航行中自主收放AUV。首先，介绍了国内外自主回收AUV的研究现状；然后，对回收装置的设计背景、结构形式以及稳定性进行了分析；最后，利用水动力分析软件CFX对AUV在水下对接的动态过程进行了水动力仿真，获得了回收装置在不同工况下对接时的阻力变化情况。通过数值仿真发现：对接过程中，AUV的摩擦阻力逐渐增大；当AUV接近回收装置时，压差阻力迅速减小，但AUV在对接过程中的总阻力是先增加后减小。通过分析可知，所设计的回收装置具有较好的稳定性。研究结果对动态回收AUV具有一定的指导意义。

PDC钻头因具有较高的破岩效率而被广泛应用，但在硬地层以及软硬交错、含砾等复杂地层中，由于受力变化频繁和工作稳定性降低，PDC齿易发生冲击崩损而导致钻头使用寿命显著降低。针对PDC钻头在上述复杂地层中寿命短的问题，提出分散扶正与保径的PDC钻头新方案，并对PDC钻头进行工作稳定性分析、主切削结构设计与优化、分散扶正与保径结构设计以及钻头流场分析等。针对大段砂砾岩层的恶劣条件，开发研制的以分散保径结构为主要特征的新型PDC钻头在现场试验中取得了成功，单只钻头总进尺达1 339.16 m，其中包括605 m砂砾岩层，节约6次起下钻，钻头钻速高、寿命长，且井眼质量好。研究结果表明：分散扶正与保径技术能显著提升钻头的工作稳定性，使PDC钻头对硬地层、不均质地层的适应性得到明显改善，是提高复杂难钻地层PDC钻头工作性能的有效技术手段。

机器人系统存在的多种不确定性会导致其运动精度下降，为此开展机器人运动时变不确定性建模与分析，以期提高机器人运动精度。首先基于运动学分析建立了机器人末端执行器参考点位姿误差模型，随后基于机器人位姿误差模型提出了末端执行器位置精度的点（静态）可靠性、时变（区间）可靠性模型以及机器人运动的系统可靠性模型，最后给出了实现上述可靠性模型高效、高精度求解的包络方法，并以斯坦福机器人为实例验证了所提模型和求解方法的有效性。研究表明，所提出的可靠性模型能够有效获得机器人各坐标分量上的时变可靠度以及机器人运动的系统可靠度。研究工作为提高机器人运动精度提供了新方法。

为了消除基波提取中频谱泄露和栅栏效应的影响，实现快速准确地提取基波分量，完成校验仪比差、角差的精确计算，在互感器校验仪自动检定系统中采用基于自适应频率跟踪的基波提取算法来完成基波提取。在互感器校验仪自动检定系统自动检定的过程中，待检校验仪采集检定装置输出的信号并提取信号的基波分量，计算出比差、角差值。系统上位机对计算结果进行比较分析，判定出该待检校验仪对互感器的检定效果。仿真实验表明，该基波提取算法可以稳定地跟踪频率缓变，跟踪误差控制在0~0.02 Hz之间；该检定系统对比差和角差的检定精度分别达到0.002 8%和0.012%，即系统检定精度可以达到0.05级。检定结果表明该算法可以实时跟踪和记录电网频率为50，50.5 Hz时的微小波动状况，同时克服因波动引起的基波频率缓变，从而大大提高基波分量提取的准确性。研究结果表明该基波提取算法在互感器校验仪检定工作中具有一定的有效性和实用性。

针对高速大行程圆弧滑轨系统运行时，受圆弧轨道弧度和轨道段连接问题的影响，负载小车运行不稳定、响应速度不快、末端位置定位误差大的问题，设计了一套双轨式机械滑动结构，以提高小车运行稳定度。在控制系统方面，位置环采用前馈控制，结合PID控制提高了电机的控制精度。建立了圆弧滑轨平台的数学模型，在MATLAB仿真环境中建立了基于前馈控制的仿真模型，并搭建了实验平台。仿真实验结果表明：在无前馈控制的情况下，跟踪误差范围为[-0.4，0.4]mm，引入前馈控制后，跟踪误差为[-0.18，0.18]mm，系统跟踪精度提高了1.2倍，系统响应速度提高了16.7%。实验结果表明：在前馈控制条件下，小车理论位置误差保持在[-0.2，0.2]mm，实际位置误差为0.69 mm，均小于设计所要求的1 mm，并且系统具有较快的响应速度。研究结果为滑轨系统的机械设计和性能测试提供了有效的参考数据，可促进轨道系统测试的工业自动化。

履带车辆具有接地比压小、通过性能好等优点，但恶劣的工作环境使履带行走装置受到的振动较大，对其行驶平顺性有很大的影响。为此提出一种基于链环不均匀系数的履带车辆行驶平顺性分析方法。首先，通过分析链环不均匀系数的相关理论，得出影响不均匀系数的主要因素是履带链节距和驱动轮的根圆半径。然后，基于RecurDyn动力学软件Track （LM）子系统，分别对不均匀系数为1.043和1.094的履带行走装置建模，并且在硬质地面匀速运动工况下进行动力学仿真，分别从履带板与地面间作用力、履带板与驱动轮间作用力、支重轮与地面间作用力三方面分析讨论不均匀系数对车辆平顺性的影响规律。结果表明，通过减小履带链节距可以减小不均匀系数，且链环不均匀系数为1.043时对车辆行驶的平顺性影响显著大于1.094时的，这为履带车辆的设计研究提供了实际的参考价值。

非线性接触分析在处理接触问题时可以更加接近工程实际，但在实际应用中，接触参数设置复杂、计算效率低以及计算收敛性难以保证等因素制约了它的实用性。节点耦合分析是不存在收敛问题的线性分析，计算成本比接触分析低。为了探讨2种模型在应用中的差异，研究节点耦合线性分析代替非线性接触分析的可行性，以起重量为12 t的无轨伸缩式门式起重机为例，在有限元分析软件ANSYS中分别构建其接触模型和节点耦合模型，考虑接触刚度和摩擦系数对计算结果的影响，在伸缩支腿全伸的工况下比较2种模型下无轨伸缩式门式起重机各接触部位等效应力值的差异。通过对比计算结果发现：2种模型中，最大等效应力均出现在车架施加起升载荷处，计算值相差1.3%，结果差异不大。由于节点耦合分析忽略了摩擦系数，所以2种模型中各接触部位等效应力值存在差异，根据接触部位的相对滑动，在接触模型中选择合适的摩擦系数可减小此差异。研究结果表明：考虑接触区域相对滑动对计算结果的影响，节点耦合分析能较好地模拟接触分析，对于精度要求不高或接触区域基本无相对滑动的模型，可采用节点耦合分析这种简化方式来代替接触分析，以提高计算效率。

针对当前综采工作面虚拟仿真数字化设计程度低、虚拟模型不可控、协同配套运行不匹配不协调的问题，在虚拟现实引擎Unity3D下，对综采工作面三机虚拟协同关键技术进行研究。建立了全景综采虚拟现实场景，重点对三机虚拟模型构建与修补、刮板输送机虚拟弯曲、采煤机虚拟运行行走和采煤机与液压支架相互感知等关键技术进行研究。以端部斜切进刀双向割煤方式为例进行分析，发现原型系统可以非常生动形象且真实地再现综采工作面三机的动态配套关系、姿态和性能等运行状况，并可根据不同的工况对采煤机牵引速度与液压支架跟机距离进行规划。本技术提升了综采虚拟现实的数字化设计水平，可以为综采工作面规划、分析与决策提供足够技术支持。

为了提高永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）调速系统的抗扰动和噪声抑制能力，针对PMSM转速环设计了3种线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection control，LADRC），即传统线性自抗扰控制器（traditional LADRC，TLADRC）、高阶线性自抗扰控制器（high-order LADRC，HLADRC）和降维线性自抗扰控制器（reduced-order LADRC，RLADRC）。各LADRC的区别在于线性扩张状态观测器（linear extended state observer，LESO）的不同，即传统线性扩张状态观测器（traditional LESO，TLESO）、高阶线性扩张状态观测器（high-order LESO，HLESO）和降维线性扩张状态观测器（reduced-order LESO，RLESO）。采用叠加原理对各LADRC控制转速环的稳定性进行了证明，同时对各LESO的收敛条件进行了分析。通过对各LESO的频域分析可得出：TLESO的相位滞后最大，其扰动估计能力最弱；HLESO在中高频段的幅值增益最大，其鲁棒性最差；RLESO相位滞后最小，扰动估计能力最强。最后，在MATLAB/Simulink环境下，对各LADRC控制的转速环进行仿真，仿真结果验证了频域分析的结论，即TLADRC在抗扰动时转速曲线有最大的转速降，HLADRC在抗扰动时转速曲线有振荡，而RLADRC同时具有优良的抗扰能力和抑制噪声能力。所得出的结论可为LADRC应用中LESO的选取提供有力的支持，为PMSM调速系统的优化设计提供理论依据。

为提高打桩锤的打桩质量和工作效率，提出一种基于插装阀设计的新型大流量液压打桩锤。通过分析该打桩锤电液控制系统的结构组成和工作原理，建立了液压系统驱动桩锤打桩的动力学模型。基于AMESim平台构建了打桩锤电液仿真系统，同时搭建了实验平台，对桩锤锤击过程动态特性进行仿真和实验研究。仿真和实验结果表明该系统在满足液压打桩锤基本性能的前提下，还具有实现打击能的无级调节、打桩锤控制效率高、换向压力波动小，以及能保证打桩能量和打击重复精度等优点，为优化桩锤参数和开发新型液压打桩锤产品提供了重要依据。

冲击应力是影响电连接器接触性能的主要环境因素之一。针对传统试验成本高、耗时长且难以实现某些高强度环境试验的局限性，采用仿真方法研究冲击环境下电连接器接触件接触性能参数变化规律。结合理论力学基本原理，通过ANSYS建立电连接器接触件实物模型、动力学模块模拟冲击试验，分析了试验严酷等级、冲击脉冲持续时间及峰值加速度对接触件的形变、应力和接触压力等参数的影响，并对接触压力仿真结果进行试验验证。结果表明：冲击试验过程中，接触件形变受冲击影响最大；接触性能参数随严酷等级的增加，先缓慢增大后快速增大；随脉冲持续时间的增加，先急剧下降后缓慢减小；而在峰值加速度变化时基本保持稳定。由此可知，严酷等级和脉冲持续时间对电连接器接触性能参数变化起主导作用，仿真结果可为产品设计提供一定的理论参考。

为了研究采煤机滚筒截割载荷对其机身上4根液压拉杆负载的影响，采用小位移变形协调原理和静力学平衡方程，建立了采煤机工况载荷下4根液压拉杆的受力模型，推导了拉杆的载荷公式，设定4根拉杆的初始预紧力均为500 kN，以滚筒和滑靴的实验测试载荷为输入，对拉杆受力模型进行了求解。结果表明：4根拉杆的变形量均值分别为3.164 2，1.934 8，2.353 8，2.248 8 mm；采煤机工作过程中4根拉杆载荷相差较大，其中煤壁区上侧拉杆的载荷最大，均值为536 578 N，采空区上侧拉杆的载荷最小，均值为449 991 N。最后通过实验对拉杆受力模型的准确性进行了验证，研究结果为采煤机液压拉杆的预紧力设定及寿命分析提供依据。