针对目前数控机床运行数据种类多、数量大且难以实现实时处理的问题，提出一种基于Storm流处理技术的数控机床运行数据监测方法。该方法采用实时大数据计算框架Storm作为核心，通过外置传感器和数控系统通信协议获取数控机床运行数据。使用Kafka作为消息队列将机床运行数据上传给Storm，然后在Storm框架中进行数据统计、数据异常检测等实时分析业务，之后将分析结果存储于数据库中，并实现分析结果的可视化展示。在实际生产环境中对基于Storm流处理的监测方法进行测试，实验结果表明：该方法能够实现对数控机床运行数据的实时监测与处理，具有强实时计算能力、高扩展性的优点;并且在处理相对复杂的数控机床运行数据监测业务时，该方法的优势更显著。研究结果为数控机床运行数据监测提供了新思路，该监测方法具有广阔的工程应用前景。

针对步态康复训练机器人与患者实时交互的需求，研发了获取人机接触力信息的感知系统。利用拉格朗日法建立包含人体主动力的下肢外骨骼机器人动力学模型，并分析患者下肢运动动作意图，为步态康复训练交互控制提供判断依据。在步态康复训练机器人样机系统上进行了静态、动态测量实验及被动/主动康复训练测量实验，结果表明该感知系统能够满足人机接触力的检测精度要求，能在康复训练中获取人体运动意图，这为步态康复训练机器人的智能交互控制策略研究奠定了基础。

下肢外骨骼机器人是帮助下肢运动功能障碍患者步行训练的新手段，能够减轻医护人员的劳动强度，它常采用减重方式完成辅助训练。然而，对于地面行走减重外骨骼机器人系统而言，其减重比例随步态及穿戴方式变化而变化，因此不控制减重比例下的步态相位识别具有重要意义。通过搭建基于Arduino Mega2560板卡和单侧鞋内8个薄膜式压力传感器的足底压力采集系统，分别采集了正常行走、不控制减重比例减重带减重状态下行走时的足底压力信息，并采用神经网络算法进行步态相位识别。结果表明：在减重状态下行走与正常行走相比，左右脚压力值均出现明显下降且两侧具有对称性；足底每个压力传感器处的压力减小比例不同；采用神经网络算法对正常行走时步态相位总体识别率达到96.8%，对减重行走时步态相位总体识别率达到94.8%。研究结果表明该足底压力采集系统可以有效测量减重行走时的足底压力，为在地面不控制减重比例下减重带减重的外骨骼机器人控制策略的制定提供一定支持。

球罐作为重要的压力容器，在工业生产中有着广泛的应用，但其焊缝附近极易产生结构性损伤，严重危害球罐的安全使用，因此需对球罐进行定期检测。针对目前球罐的检测需搭设脚手架，存在检测周期长、检测环境恶劣、劳动强度大等问题，设计开发了一种悬吊式液压传动回转检测平台，它主要由竖直液压伸缩臂、摆动液压伸缩臂、液压回转装置、回转驱动装置、液压升降机构、上连接架及载人框等构成。该检测平台安装方便、快捷，可对球罐进行无死角检测。通过对检测平台安全性能进行理论分析，得出了检测平台各部分的许用应力值；通过受力分析得出了两液压伸缩臂在其夹角为5°~150°时的受力规律；采用ANSYS Workbench软件对检测平台进行了有限元分析，对检测平台的安全性能进行了校核。结果表明设计的检测平台安全且具有加工与装配的可行性。该检测平台的使用可有效减少球罐内部检测的工作量，改善检测环境，缩短检测周期，提高检测效率，可为企业和检测机构节约大量成本。

为了确保天线系统在发射阶段和入轨工作阶段的安全，对研制的某月球轨道小型星载数传天线进行了振动分析。通过有限元建模仿真方法对该高轨星载天线在发射阶段和入轨工作阶段的振动性能进行了分析和计算，并以此为根据对天线系统结构进行优化设计。进而，通过振动试验对天线系统进行了真实振动环境条件下的测试，结果表明天线系统结构安全。振动试验后对天线电气性能进行了复测，测试结果表明其电气性能稳定，由此验证了天线系统的可靠性和有限元分析的可信性。目前，该数传天线已随星发射并入轨运行，其各项性能指标稳定，工作状态良好。研究结果对提高相关星载天线的振动安全性具有一定的参考作用。

针对纯电动汽车两挡自动变速器在工作过程中存在的振动和噪声问题，通过建立变速箱-电机转子刚柔耦合动力学模型，对变速器系统进行传递误差、齿面接触应力等分析和计算。根据纯电动汽车的常用工况及其特点，以齿轮修形参数为优化变量，传递误差为主要优化目标，综合考虑齿面载荷分布以及齿面接触应力，在多工况下对齿轮进行修形。结果表明修形后达到了优化齿面载荷分布、提高齿轮使用寿命、减小振动、降低噪声的目的，实现了齿轮多目标优化。研究结果对纯电动汽车变速器的开发有一定的借鉴作用。

针对现有内防喷器失效率高等不足，提出一种结构新颖且密封可靠的自旋合式锥形密封内防喷器。对该新型内防喷器的阀座锥角进行了力学分析，并采用MATLAB对阀座锥角进行了优化。基于理论分析得到的结论，采用CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）方法（标准k-ε湍流模型及Tabakoff-Grant冲蚀模型）及ANSYS CFX软件，对该新型内防喷器在不同钻井液流量及不同阀座锥角下的流场进行数值模拟分析，仿真结果表明容易发生冲蚀磨损的部位主要集中在上下阀座流道边缘及下部管壁处。通过对比多组仿真数据，提出了该新型内防喷器上下阀座的最优锥角为25°，并采用ANSYS Workbench静力学分析软件模拟了井喷时上下阀座密封锥面的接触应力分布，验证了冲蚀仿真分析得出的最优锥角的结论。样机试制后进行了密封性实验以验证其可靠性，结果表明该新型内防喷器无泄漏，满足密封性要求。研究结论为内防喷器的设计与改进提供了重要的理论依据，对油田生产设备的安全升级有重要意义。

探测器响应度直接影响双向光收发组件（bi-directional optical sub-assembly，BOSA）的性能，探测器端的耦合和封装在BOSA生产中占据重要地位。为了系统分析BOSA生产中各偏移因素对探测器端耦合的影响，选择探测器电流响应度作为耦合标准进行实验，并通过分析实验结果来得出BOSA探测器端耦合和封装过程中的改进措施。参考BOSA的实际光路，建立光纤-波片-芯片耦合模型，模拟了光束偏移与耦合效率的关系；研究了BOSA耦合和封装工艺中产生的偏移，并分析它们对探测器端耦合效率的影响。随后使用自动耦合设备，对BOSA探测器端进行耦合实验，并分析波片角度偏移、波片与探测器透镜的高度差、探测器透镜水平偏移对耦合效率的影响。实验结果表明：探测器透镜水平偏移对耦合效率的影响最大，波片角度偏移、波片与探测器透镜的高度差对耦合效率的影响较小。研究结果为BOSA探测器端的耦合和封装提供了系统的理论指导，对BOSA的实际生产有一定参考价值。

针对采用高压天然气井井下节流降压工艺时存在浪费天然气压力能的现象，提出了利用三角转子气动机将高压天然气压力能转化为机械能驱动发电机发电的思路。首先，借鉴传统三角转子发动机结构特点，对三角转子气动机进行了总体结构设计并提出全新的降压方案；然后，利用CFD （computational fluid dynamics，计算流体动力学）数值模拟方法对气动机内部流场进行了数值模拟；最后，利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems，机械系统动力学自动分析)软件对三角转子气动机机械系统进行了运动学与动力学仿真，运用赫兹接触理论校核了径向密封片与气缸的接触强度，利用ABAQUS分析软件校核了缸体耐压强度。仿真结果表明，第1级气动机设计合理，第2级气动机的设计存在缺陷，将第2级气动机入口温度从343 K提高到353 K后，解决了气缸中因压力、温度下降产生水合物的问题。仿真结果为后续三角转子气动机的深入研究提供了新思路。

采用基于接触对的非线性接触分析处理接触问题时,其分析结果更接近工程应用实际，但计算成本比较高且存在不收敛的情况。而自由度节点耦合分析不但能降低计算成本，而且能够保证一定精度。为了探究在一定误差范围内选用自由度节点耦合分析来替代基于接触对的非线性接触分析的可行性，以举升重量为15 t的移动式架车机为研究对象，在ANSYS软件中建立伸缩托头-托架的接触模型与节点耦合模型，在举升高度最大且伸缩托头完全伸出的工况下进行有限元分析，考虑接触刚度系数与摩擦因数对有限元分析结果的影响，分析了2种模型各接触区域等效应力的区别。通过比较2种模型的有限元分析结果可知，2种模型各接触区域的等效应力值存在一定的相对误差，且接触区域内2个接触面的相对滑动程度决定了接触分析的精度。对于精度要求不高的机械结构，可以考虑用自由度节点耦合分析来替代基于接触对的非线性接触分析。

伺服进给系统的机电耦合特性直接影响数控机床的加工精度，单独针对伺服系统或机械系统建立的模型不足以准确分析系统参数对机床整机加工精度的影响。因此，综合考虑机床伺服系统与机械结构之间的耦合关系，建立伺服进给系统机电耦合动力学模型具有重要意义。首先，为保证伺服进给系统建模精度，利用状态空间法建立了机床机电耦合状态空间方程。其次，建立了伺服进给系统机电耦合Simulink模型，在此基础上采用复合控制提高系统的响应速度和加工精度。随后，利用多体动力学软件建立机床进给系统的刚柔耦合动力学模型，添加摩擦、阻尼等非线性因素，并导入Simulink与伺服系统建立耦合关系。最终，建立了卧式加工中心伺服进给系统的刚柔-机电耦合仿真加工平台，通过模拟机床加工轨迹以验证机电耦合状态空间模型的可靠性。结果表明：该状态空间模型能准确描述系统内部参数和系统输入输出的耦合关系；采用复合控制结构能有效提高系统的响应速度和加工精度。研究结果为数控机床的仿真建模和提高加工精度提供理论依据，为机床机电系统的设计提供有效指导。

为解决农用无人机电源监控系统稳定性差、成本高、通信效果不好和功能单一等问题，设计了一种以嵌入式微处理器为核心的农用无人机电源监控仪表。该仪表以15F2K60S2嵌入式微处理器为平台，集成CS5460数据采集模块和ADM2483通信模块，在单片机C语言和汇编语言指令的基础上，结合仪表总体结构，设计开发了农用无人机电源监控仪表的硬件电路和软件程序。采用多功能校准仪、信号发生器和示波器等测试工具对所设计的电源监控仪表进行稳定性和可靠性实验，并分析了可能引起测量误差的原因。结果表明：该仪表具有良好的稳定性和可靠性，在0~500 V的输入电压范围内，其测量精度达到了工业标准2.0级要求，完全能满足农用无人机电源监控系统的需求。研究结果能为农用无人机电源监控系统后续更深入的研究提供一定的理论参考，给相关企业开发农用无人机电源监控系统提供有效指导。

为解决航空制造领域复杂零件的加工难题，针对研制的复合进给电解加工机床，开发了基于PC（ personal computer，个人计算机）和PMAC（programmable multi-axles controller，可编程多轴控制器）运动控制卡的开放式数控系统。基于虚拟仪器技术及其开发环境LabVIEW平台，遵循模块化设计思路，采用ActiveX自动化技术和CLF (call library function，调用库函数)节点设计了复合进给电解加工机床控制系统的人机交互界面，通过调用PMAC运动控制卡中的服务程序PmacServer，实现上位机与PMAC运动控制卡之间的功能交互。为了验证该控制系统的可靠性和运行稳定性，使用激光干涉仪进行了实验测试。实验结果显示，该控制系统响应迅速，运行稳定，人机交互界面易于操作；机床运动误差控制在-5~5 μm内，重复定位误差小于2.3 μm，能够满足航空发动机叶片的电解加工精度要求。研究结果在电解加工领域具有重要工程应用价值，可以为新一代高性能电解加工机床的设计提供参考。

中国已成为笔类产品生产大国与出口大国，而笔管检测是制笔行业的关键工艺技术。针对目前制笔行业中笔管检测的需求，设计了笔管缺陷自动化检测系统，以提高笔管缺陷检测效率及笔管制造企业的生产质量。基于机器视觉及重心分类装置，采取分模块检测系统，对笔管的缺陷形态、类型进行鉴别与统计，高效率、高精度地实现笔管缺陷检测、残次品剔除与自动分拣。采用缺陷自动检测算法，利用计算机视觉检测技术进行缺陷边缘检测，分割出笔管的缺陷区域并定义主要缺陷类型，完成对笔管缺陷的判断与分类。通过构建、训练卷积神经网络，得到了拟合度较高的卷积神经网络模型，用于分析笔管的缺陷情况。实验结果表明，笔管缺陷自动化检测系统可以客观地检测笔管的缺陷，提高笔管生产效率，提升生产线的成品质量，具有较高的工程应用价值。

波纹补偿器作为一种补偿元件被广泛应用于工业管道，用来补偿管道因温度、压力变化及振动等而产生的位移。为实时诊断波纹补偿器的故障情况，简化人工诊断过程，提高维修效率和维修安全系数，降低维修成本，设计了一种基于LabVIEW的波纹补偿器故障诊断系统。设计了波纹补偿器振动信号的采集方案，并进行了振动实验；利用高性能采集仪器与加速度传感器对整个管道系统中各个波纹补偿器振动信号进行采集，对采集到的信号进行过滤转换等处理并通过无线网络发送到计算机，并利用幅值域分析与快速傅里叶方法分析所采集的信号；将分析与处理后的信号实时显示在用户界面上并存储；当数据异常时发出警报，使工作人员能够实时监测波纹补偿器的工作状态，从而有效提高生产安全系数。结果表明，所设计的故障诊断系统可有效避免因波纹补偿器失效引发的事故，具有一定的实用价值。

针对锯材指接涂胶过程中存在的涂胶不均、效率低、涂胶辊易磨损等问题，提出一种锯材指接自动涂胶的方法。基于PLC(programmable logic controller，可编程逻辑控制器)，采用自动化检测技术，经过模块化设计，设计了一种新型自动涂胶设备，并进行了锯材指接自动涂胶试验。工厂化试验结果表明：自动涂料设备以200根/30 min的速度工作时，自动1次循环涂胶的合格率可达到97%及以上，且随时间逐渐提高，整个过程中设备无故障；自动2次循环涂胶时，在60—90 min、90—120 min内设备各出现1次故障，合格率均达95%及以上，无故障工作时间内自动2次循环涂胶的合格率可达到98%及以上，而人工涂胶合格率在90%以下。试验表明该自动涂胶设备能够实现快速自动涂胶，保证锯材指接涂胶质量，提高锯材指接涂胶的自动化程度，适合应用于锯材指接的工业化生产。