针对智能停车库自动导引运输车(automated guided vehicle, AGV)存取车路径规划问题,提出了一种基于粒子群和遗传算法的动态自适应混合算法.在标准粒子群算法和遗传算法的基础上,通过引入动态自适应调整策略分别对惯性权重系数、学习因子以及交叉变异概率公式进行了优化.在进化初期,通过在惯性权重系数和学习因子之间建立动态联动关系来实现对粒子速度和位置的实时有效更新;在进化后期,通过引入自适应遗传算法的交叉、变异操作来增强混合算法的全局搜索能力,提高算法的进化速度和收敛精度.为验证混合算法的可行性和有效性,选用MATLAB软件对其进行仿真测试.仿真测试结果显示,与禁忌搜索算法、蚁群算法以及遗传算法相比,混合算法表现出较强的全局搜索能力和较好的收敛性能,表明混合算法可行和有效.

机械产品概念设计模型及其计算机辅助设计是目前研究的重点和热点问题.通过讨论提出了基于功能-原理-行为-结构(FPBS)模型的机械产品概念设计过程,研究了FPBS模型元素的语义关系,为模型的应用打下基础.对FPBS模型的知识系统运算需求进行了分析,表明本体能够有效地应用于FPBS模型的知识系统运算.据此提出了基于本体的FPBS模型,并进一步构建了FPBS本体模型系统.实例表明,该模型可以有效地应用于机械产品的计算机辅助概念设计.

针对传统螺旋法求解并联机构Jacobian矩阵的缺陷,提出了一种基于并联机构微运动分析的微位移法.该微位移法在求解过程中可避免求解超越方程组的难题,且得到的Jacobian矩阵为非奇异方阵.同时,针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC).首先,建立机构的MATLAB/SimMechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵,为控制系统提供理论参考输入值.其次,设计SMC控制器,运用Lyapunov函数证明控制器的稳定性;最后,分别建立机构PID控制和SMC控制系统的MATLAB/Simulink框图,对其进行仿真分析与对比.结果表明:SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性.

人体运动感知系统是外骨骼机器人柔顺控制和人机耦合的关键。通过分析外骨骼机器人的下肢动态模型，提出了一种支撑相选择位置控制、摆动相选择交互力导纳控制的人机协同控制方法。根据该方法开发了一种基于多信息融合的下肢外骨骼机器人感知系统，以人体下肢关节角度、人机交互力和足底压力为运动状态感知量，利用变增益卡尔曼滤波算法和Savitzky-Golay滤波算法分别对IMU传感器数据进行姿态角度解算和对FSR压力数据进行预处理，获得步态特征并通过试验来验证该方法的可靠性。试验结果表明：角度解算算法具有高精度、高稳定性的特点，交互力感知方法和FSR压力数据处理算法具有可行性，验证了所开发的感知系统能够可靠地获取关节角度、人机交互力和足底压力并融合处理，以及准确地识别穿戴者的步态特征。研究结果为外骨骼机器人感知系统的优化提供一定参考，促进了外骨骼机器人控制系统及策略的发展。

在对钢丝绳拉升式自动猫道进行现场试验时发现钢丝绳载荷波动明显，无法完成目标重量管柱的起升.为此，分析了钢丝绳拉升式自动猫道的结构与运动特性，并基于达朗贝尔原理建立了自动猫道的动力学模型，采用MATLAB软件进行数值求解并分析了基座上挡块与坡道底端的距离、移送臂与支撑臂的铰接位置、支撑臂长度对钢丝绳载荷的影响，分析得出将基座上挡块调整至坡道底端、合理降低支撑臂长度能有效降低起升过程所需钢丝绳拉力.依据分析结果调整自动猫道结构尺寸后进行现场试验，液压绞车的最大起升油压下降超过2 MPa，自动猫道机起升能力得到提高.该分析与实验结果可为钢丝绳拉升式自动猫道结构设计与优化提供指导.

针对文化产品的造型设计，将与产品造型相关的设计元素细分为功能、行为、文化、情感和构造法五个方面，结合基于案例的设计（case-based design，CBD）技术、遗传算法以及形状文法知识，建立文化创意产品设计概念原型系统并对文化创意产品进行引导设计。提出产品造型相关设计元素多目标优化模型，对用户需求进行匹配操作。提出文化产品造型设计方法模型，结合产品基因树交叉操作与形状文法知识，将现代类产品与文化器物类产品的设计元素进行交叉重组。通过对产品造型相关设计元素进行深入研究，并在文化创意产品设计概念原型系统中融入基于案例的设计技术、遗传算法和形状文法的知识，辅助设计师对文化产品进行创意设计。以小音箱为例，验证了该方法的可行性，为文化产品设计提供了一种有效方法。

大学的电能消耗中，照明用电占了绝大部分，其中道路和景观照明容量大，工作时间长，且常采用手动控制方法，造成了浪费.为此，针对学生的活动规律，在新校区道路和景观照明设计时，采用了PLC智能控制.学生公寓熄灯之前一段时间，道路照明和景观灯全部开启；之后的时间，适当降低道路照度要求，一部分景观灯关闭；另外，寒暑假期间，也采用了不同的时段控制方式.该照明智能控制系统运行以来，通过测算，每年节约电能达25%以上，灯具的使用寿命也有所提高，系统稳定可靠，完全满足了学校的照明要求，达到了预想的结果.

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。

为掌握防爆胶轮车的动态特性,了解其动态应力、应变情况,应用多体系统动力学以及有限元法对其动态特性进行了研究．基于ADAMS建立了胶轮车的虚拟样机模型, 利用多体动力学仿真得到胶轮车在矩形坑路谱下各部件与车架铰接点的动态载荷曲线；基于ANSYS建立了胶轮车车架的有限元模型,并将动力学仿真得到的随机激励峰值加载到典型工况约束下的有限元分析模型,从而计算得到车架的动态应力分布, 并找出了应力集中的位置．动态分析结果可用于评价车架的动载峰值应力、应变,并对车架的轻量化改进设计具有一定的指导意义．

涡轮钻具中的主要元件是由定子和转子组成的涡轮，它的作用是把液体能变为主轴上的机械能。将CFX-BladeGen应用于涡轮钻具叶片的造型，并对生成的模型进行数值模拟计算。计算结果与同类型涡轮钻具台架实验的数据比较表明，CFX-BladeGen可以比较方便、快捷地满足涡轮叶片造型要求。

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采用流固耦合换热整场求解法计算离心机温度场,采用顺序耦合法计算转盘热变形.计算结果表明:在300 r/min转速下,转盘最大温升为1.23 ℃;越远离转盘中心,温升越大;加速度计安装位置的温度计算值与实测值一致,验证了本方法的正确性;转盘安装加速度计位置的径向热变形为7.89 μm,热变形是变形累积的结果且随着转盘转速增加而增大.

针对电容器铝壳自动上料和定量灌胶工序存在自动化程度低、灌胶精度低等问题，设计了电容器铝壳自动上料-定量灌胶控制系统.采用三菱FX3GA系列PLC对控制系统的软硬件进行合理配置，并详细设计了系统的硬件组成和软件流程；采用三菱GS系列触摸屏，实现系统的参数修改和状态监测功能.该系统已在电容器生产企业实际应用，应用效果表明：系统运行可靠、平稳，运行周期为10 s，铝壳定量灌胶误差小于2%，其提高了产品质量和生产效率，满足企业生产要求，具有一定的推广价值.

为了研究不同情况下蜗杆蜗轮间的接触应力和蜗杆扭转角与驱动力矩之间的关系,根据齿面方程建立具有精确齿面的ZA蜗杆蜗轮实体模型,利用ANSYS对此模型在同一载荷不同啮合位置和同一啮合位置不同载荷条件下进行有限元接触分析,研究在一个轮齿啮合周期内,各啮合齿对的接触应力分布和载荷在不同齿对上的分配情况．分析结果表明：理论接触应力计算公式给出的结果远小于实际的最大接触应力,同时得到由接触齿对弹性变形引起的蜗杆扭转角与驱动力矩之间的幂函数关系,可以用于蜗轮转角的精确控制．

为了有效抑制电动负载模拟系统多余力矩，从而提高系统加载力矩的输出精度，设计了一种自适应抑制位置干扰力矩的控制方法。基于前馈控制与自适应控制原理，使用MATLAB仿真软件对该方法的有效性作了分析，并进行了试验验证。仿真与试验结果表明：该方法能自适应调节系统加载误差，且舵机运动频率越高，系统跟踪误差调节时间越长；当加载力矩和舵机运动幅值相同时，舵机运动频率越高，该控制方法对系统多余力矩的抑制效果越明显；当加载力矩和舵机运动频率相同时，舵机运动幅值越大，抑制效果越明显。该控制方法能够在系统部分参数未知或者渐变的情况下，有效抑制系统多余力矩。研究结果对飞行器电动负载模拟器的设计具有一定参考价值。

针对目前振动筛筛分性能差及筛分理论不完善,亟待建立筛机参数与筛分效率间综合数学模型来指导振动筛的设计.基于离散单元法(Discrete Element Method,DEM)的筛分仿真实验解决筛分过程的复杂性和筛分数据难获得等问题,用可调参数的振动筛对仿真实验进行验证.筛分效率与筛分参数之间的数学关系是一个复杂的非线性问题,由于传统的回归算法对筛分数学模型预测精度低,利用能有效解决小样本问题和基于统计学理论的简单多核支持向量机(Simple Multiple Kernel Learning,SimpleMKL)对仿真实验获得的数据建立回归模型.但其模型是多极值且不可微分的多参数大规模计算问题,借用鲁棒性强和全局收敛性好的人工鱼群优化算法(Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA)对由SimpleMKL建立的筛分回归模型进行参数寻优,得出筛机振动和结构参数:振幅为2.5 mm,振动频率为22 Hz,振动方向角为50°,筛孔大小为0.9 mm,筛丝直径为0.4 mm,筛面倾角为21.6°.提高了振动筛的筛分效率,为振动筛的设计和制造提供了新思路.

传统的汽车座椅骨架构件布局依靠经验设计，不仅设计效率低，而且得不到性价比最优的结构．以某轿车后排座椅板管结构骨架为研究对象，基于结构拓扑优化设计技术，提出了座椅骨架构件布局设计方法．首先，根据骨架外观形状及尺寸要求，确定设计区域，并根据实际的安全带加载工况，建立设计模型；然后，以结构静刚度最大为优化目标，采用变密度法对结构进行拓扑优化设计，并根据拓扑优化结果，提出2种不同的布局方案；最后，根据有限元分析结果确定最终的设计方案，并对优化设计结果进行行李箱后撞的安全性分析．研究结果表明，在骨架质量下降1.92%的情况下，整体静态刚度提高19.0%，并满足动态碰撞的安全性要求．采用所提出的设计方法，可以得到最优座椅骨架构件布局结构．

针对航空叶片模具设计效率低、磨损严重、参数修正困难等问题，在对叶片模具设计过程分析的基础上，基于UG/Open API技术开发了模具CAD系统，实现了模具参数化设计，提高了模具设计效率；基于Archard修正理论，借助Deform-3D软件就模具设计参数对叶片精锻成形的影响进行仿真模拟，通过正交试验分析了锻压速度、成形角度、桥部厚度对叶片模具磨损与寿命的影响，得出了有益于延长模具寿命的最优工艺组合参数，并对该组合参数的设计规则进行了优化，使得模具设计参数的确定更加精确、简单；通过工程实例，对模具磨损与寿命进行了分析，得出试验结果与模拟结果具有较好的一致性。研究结果对航空叶片精锻模具优化设计与磨损分析具有重要的指导意义。

为达到节水灌溉目的,设计了一套基于电力线载波通信的喷灌控制系统.系统以电力线载波为通信手段,以主控室的主机为核心,以主从多机通信模式对现场信号进行远程采集及控制,最后对系统进行了现场测试.结果表明,数据传输误差率低,设备运行可靠、稳定,控制距离达到了约300 m.系统不仅达到了控制目的,节约了水资源,同时节约了大量通信电缆,具有很好的应用价值.

塔架作为风力机结构体系的重要组成部分,起到支撑上部结构质量、承受动载荷的作用,保障了风力机的正常运行.对塔架结构研究进行总结概述,能够完善风力机结构设计理论体系.从工程实用角度出发,以风力机塔架结构的刚度、强度、稳定性以及抗疲劳性能为核心,围绕结构选型、静动态特性、屈曲特性及疲劳特性等要点问题进行综述,回顾了各领域不同研究阶段的国内外成果,同时,介绍了新型塔架结构设计、随机荷载动力分析以及非线性屈曲与疲劳特性分析等前沿热点问题的研究进展.总结了上述要点问题的研究现状,详细阐述了相关技术的原理和应用,梳理其发展脉络,并对未来研究趋势进行了展望.内容涵盖了风力机塔架结构的各主要设计指标,能够为风力机塔架设计与分析提供指导.

在设计中考虑消费者的情感诉求是产品创新设计的重要发展趋势.通过对国内外相关文献的综述，论述了情感化设计的概念,重点分析了情感化设计中的感性工学理论、三层次理论和情感测量及参数转换的方法和技术,同时把情感化设计的主要研究领域分为产品造型、功能和文化三部分加以论述.最后，针对产品创新设计和相关技术的发展现状,提出了情感化设计研究中存在的问题和主要发展趋势.

采用模块化设计思想,设计了一种新型可重构工业机器人.通过对机器人进行结构优化设计,机器人的负载自重比达到1/4.5.机器人各关节模块的结构均相同,大幅减少了设计工作量;关节模块中传动部件均采用通用件,降低了机器人的成本.通过关节模块和手臂模块的组合,可形成多种机器人构型.针对其中一种机器人构型,利用DH法建立了机器人正运动学模型.该构型机器人不符合相邻的3根关节轴线交于一点的条件,利用传统方法很难求得全部逆解,因此提出一种代数法与几何法相结合的新方法,求得该构型机器人逆运动学的完整解析解.机器人运动学分析的正确性通过算例进行了验证,为机器人的运动控制奠定基础.

为了提高耐压腔室内引出导线在高压环境下密封的可靠性,保证井下工具内使用的电子设备能够在常压下工作,设计了一种注塑类高压密封连接器.使用有限元软件对内部填充材料为橡胶、环氧树脂时的连接器密封性能作了分析,并进行了实验验证.分析和实验结果显示:当填充材料为橡胶时,其密封性能较好,外壳体的半锥角取88°较为合适,但在高压作用下橡胶易被挤出;当填充材料为环氧树脂时,可避免材料挤出现象发生,但在一定密封压力范围内会出现液体泄漏;当2种材料组合使用时,随着环氧树脂比例的增加,填充材料的外凸距离减小,环氧树脂体积比为40%较为合理.高压密封连接器主要靠前5扣螺纹承载,最大应力出现在外壳体的第1扣螺纹与第2扣螺纹之间的小径处;插针的最大应力出现在橡胶与环氧树脂交界处偏上位置.研究成果对高压密封连接器的设计以及内部填充材料的选择具有一定的参考意义.

为了研究采煤机运行时导向滑靴的实时、动态受力情况，在分析导向滑靴销轴受力特点的基础上，开发了导向滑靴受力检测系统，安装与导向滑靴销轴具有等效强度的销轴传感器，采用无线应变采集模块实现数据的无线传输，实现不同工况下导向滑靴受力的实时在线检测。现场实验表明，斜切进刀时，左、右导向滑靴均承受随机载荷，2个连接耳孔处有效载荷分别为26.1，15.1和45.1，21.5 kN。利用ANSYS软件对测试数据进行处理和分析，得到最大斜切受载时，采煤机左、右导向滑靴连接耳孔处受力最大，分别为173.87，187.85 MPa。测试与分析结果为导向滑靴的设计优化提供重要的理论和数值依据。

为建立某FSAE赛车的虚拟样机模型及评价其操纵稳定性，采用机械系统动力学分析软件ADAMS中的ADAMS/CAR模块,建立了某中国大学生方程式(FSAE)赛车模型,并介绍了建模的过程及要点.建立了比赛赛道的模型,利用ADAMS/CHASSIS得到赛车在此赛道上的最佳行驶路径.利用Smart driver模块仿真得到赛车模型在此赛道的极限行驶性能.通过与比赛实际成绩的比较,验证了虚拟样机模型的准确性,为方程式赛车的设计及优化提供了有力依据.在此基础上进行了操纵稳定性的仿真试验,结果表明,赛车具有明显的不足转向趋势，符合设计要求．

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。