移动机器人可以代替人进入火灾、地震现场等高危环境进行地形探索及伤员搜寻等工作，然而大多数机器人难以同时适应障碍、直角墙壁、墙面过渡等多种复杂地形，且其控制系统相对复杂，需要外部能源输入。为此，设计了一款具有多种功能、控制相对简单且无系留的可变形移动机器人。首先，将二杆四索张拉整体结构作为基本单元，设计了可实现弯曲变形的张拉整体结构躯干；其次，基于吸附力及结构参数的分析，设计了负压吸附装置，并将它与可变形躯干结合，形成了机器人整体结构；接着，对机器人进行运动学分析，获得了机器人位姿与电机转角的映射关系，并据此规划了机器人墙面过渡、从墙面穿越狭小空间及翻转上台阶的步态；最后，完成了机器人样机的研制，并针对不同地形开展了机器人运动实验，验证了机器人步态规划的合理性。研究结果为多功能移动机器人的设计与制造提供了一定的参考价值。
由于轴向柱塞泵的非对称结构特性，其输出压力和输出流量存在脉动特性，对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响，因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先，通过CFD（computational fluid dynamics，计算流体动力学）仿真分析方法，对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析；其次，对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析，构建了阻尼槽结构的多目标优化模型；最后，求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数：阻尼槽半径为2.21 mm，阻尼槽长度为10.32 mm，阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%，相比于优化前的0.75%降低了0.16%，脉动幅值为0.25 MPa；优化后流量脉动率为12.02%，相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。
熔融沉积成形（fused deposition modeling, FDM）3D打印需要将打印喷头加热至材料所需温度后才能开始打印。由于单喷头FDM型3D打印机的打印效率较低，以及其加热系统的滞后性较大且稳定性差，使得整个成形过程既耗时又浪费资源，且成形件的质量不高。为解决上述问题，结合打印材料物理性质和化学性质的差异性，提出了一种基于遗传算法-模糊PID（proportional-integral-derivative，比例-积分-微分）的温度控制方法，以实现对双喷头FDM型3D打印机加热方法的控制，并建立温度控制系统的MATLAB/Simulink仿真模型，以验证所提出的控制方法的可靠性。仿真和实验结果表明，与传统PID控制、模糊PID控制相比，遗传算法-模糊PID控制的响应时间缩短了36.03%和32.45%，调节时间缩短了28.06%和20.99%，具有响应速度快、调节时间短、超调量小和控制效果稳定等优势。研究结果可为复合材料的双喷头FDM 3D打印提供参考。
针对混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题，提出了一种基于连续顶点分区的路径规划算法。首先，采用基于哈密顿回路的连续顶点分区方法，将打印区域划分为多个连续的区域，以确保在打印过程中打印喷头不会多次经过同一顶点，从而避免了重复打印和成形质量差的问题。然后，使用遗传算法搜索每个区域，通过迭代和优化来确定最短的打印路径。实验结果表明，与其他路径规划算法相比，所提出的算法能够显著减少打印喷头的空行程和启停次数，且缩短打印时间10%以上，有效地提升了混凝土构件的成形质量与打印效率。基于连续顶点分区的混凝土3D打印路径规划算法通过有效划分打印区域、智能搜索最短路径以及合并优化路径的方式，解决了混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题，这可为混凝土3D打印技术的发展和应用提供有力的技术支持。
针对无人遥控潜水器（remotely operated vehicle, ROV）在高速航行时因受流场作用而导致纵倾幅值、纵倾角度变化较大的问题，提出通过搭配选择扩展底盘和尾翼结构参数的方法来实现欠驱动型ROV的零纵倾或微纵倾高速运动。基于格子玻尔兹曼方法（lattice Boltzmann method, LBM），通过壁面自适应细化算法，结合ROV的结构参数进行六自由度仿真实验，以模拟ROV的航行运动。对扩展底盘和尾翼高度不同的ROV分别进行数值分析，得到扩展底盘、尾翼的结构参数与ROV纵倾幅值、纵倾角度的关系。通过对航行表现相似的ROV的旋转力矩进行比较，确定了在相同扩展底盘条件下ROV的稳定性与尾翼高度的关系。开展了扩展底盘和尾翼结构优化正交实验，利用遗传算法对不同实验方案下ROV的纵倾数据进行了拟合处理。结合实际需求确定了扩展底盘和尾翼的高度，并通过实际测试验证了ROV纵倾优化设计方案的正确性。结果表明，合理搭配扩展底盘和尾翼的结构可有效减小欠驱动型ROV的纵倾幅值，从而实现ROV在无幅值补偿时的微纵倾航行运动。研究结果可为相关水下装置纵倾运动的改进提供参考。
构建支重轮-履带-地面多体耦合系统是研究履带机器人行驶平顺性的重要环节。以单侧五支重轮履带机器人为研究对象，在非线性悬挂系统模型以及考虑履带滤波作用的路面激励的基础上，建立了履带机器人振动理论估算模型。然后，基于履带机器人在不同等级路面及不同行驶速度工况下的仿真实验，利用均方根值定量分析了行驶速度、路面激励对机器人车体及其支重轮垂向振动的影响。最后，通过开展外路实验来验证七自由度半车的振动理论估算模型和动力学仿真模型。结果表明：随着行驶速度和路面不平度的提高，履带机器人车体的垂向振动近似呈线性增大，履带对路面激励有滤波作用。履带机器人车体质心及支重轮1，3，5的垂向振动加速度对路面激励最为敏感，车体垂向振动加速度功率谱密度幅值在频率为19 Hz左右时最大。由于支重轮5靠近驱动段，履带与主动轮啮合产生的多边形效应使其垂向振动相对于其他支重轮偏大。理论建模、仿真分析及外路实验相结合的方法为履带机器人在不同路况下的振动响应特性研究提供了新思路。
为实现连续体机械臂的多模态运动，解决现有机械臂只能实现单一弯曲或旋转的问题，设计了一种基于滚动接触的单模块多自由度柔性连续体机械臂。将滚动接触模块作为连续体机械臂弯曲模块的骨架结构，并在弯曲模块内安装旋转模块，以形成具备独立弯曲和旋转运动的多自由度机械臂。采用分段常曲率法建立连续体机械臂的运动学模型，对其刚度性能、弯曲性能和旋转性能进行了分析。制备了连续体机械臂样机，并开展机械臂拧松瓶盖、开启风扇以及在三维空间内避开障碍物抓取目标物体等实验。实验结果表明，利用连续体机械臂的弯曲与旋转组合运动可完成复杂空间环境下的不同任务，体现了复合运动模式的优势。所设计的连续体机械臂具备多模态运动，可为多自由度连续体机械臂的设计提供新思路，拓展了连续体机械臂的应用场景。
传统机器人手通常需要驱动器连续地提供保持抓握状态的扭矩或力。若驱动器失效，则机器人手无法稳定地抓取物体。针对上述问题，提出了一种基于折纸的被动触发双稳态机器人手。该机器人手由具有单自由度的抓握机构和具有双稳态特性的驱动机构组成。基于抓握机构和驱动机构的运动学模型，结合抓握状态的要求对机器人手的结构进行了设计，可通过设置扭转弹簧的刚度参数来实现对能量壁垒的灵活调整。最后，通过开展跌落捕获实验来验证所设计机器人手的抓握性能。结果表明，当跌落高度为400 mm时，机器人手的抓握运动未被触发；当跌落高度为440 mm时，机器人手成功抓握物体；当跌落高度为480 mm时，机器人手虽被触发了抓握运动但未能抓住物体。实验结果不仅验证了机器人手在无驱动条件下稳定抓取特定大小物体的能力，还揭示了不同外部冲击下能量壁垒的存在。基于折纸的被动触发双稳态机器人手在被动式和自适应机器人中具有潜在应用前景。
目前，3D打印混凝土领域仍存在诸多问题，严重制约了其大规模工业化生产与应用。其中，孔隙为最常见缺陷，亟须发展相关检测技术，以提高混凝土的打印质量。针对现有3D打印混凝土界面孔隙检测方法主要依赖人的主观经验，且存在耗时长、成本高和计算资源耗费量大等缺陷，引入基于深度学习的目标检测算法，提出了一种轻量级的孔隙智能检测方法。首先，利用传统图像处理算法对3D打印混凝土界面孔隙图像进行预处理，并构建适用于目标检测算法的孔隙图像数据集；同时，基于所构建数据集的特点对锚框计算方法进行优化，以获取更适合界面孔隙目标的锚框，从而提升检测准确度。然后，在检测方法的主干网络中，利用ShuffleNetv2网络进行多尺度特征提取，并去掉部分网络以降低网络深度和减少计算参数量，从而提高孔隙检测效率。最后，在特征提取网络中融合极化自注意力机制模块，在保持高分辨率的同时增强对孔隙目标的关注度，以提高检测精度。实验结果表明，所提出的方法能够有效完成3D打印混凝土界面孔隙的智能化检测，通过与多种检测算法对比，发现该方法的多个性能指标均有所提升，检测效率提升显著。研究结果可为后续混凝土的质量控制和性能评估提供一定的数据支持。
火力发电厂的锅炉水冷壁需要定期检测和清扫，采用水冷壁机器人可以提高检测和清扫的效率。针对水冷壁面复杂的工作环境，研发了一种新型水冷壁机器人。对机器人的结构和工作原理进行了介绍；为了保证机器人在水冷壁面运动灵活且有可靠的吸力，设计了一款电永磁轮；通过Maxwell仿真并结合实验得出了使电永磁轮充/退磁所需的电流激励以及轮子吸力，设计了电永磁轮充/退磁电路；介绍了机器人本体的控制系统，搭建了机器人横向行走实验平台，对机器人运动的协同性和稳定性进行了验证。实验结果表明：机器人内、外腿依次交替吸附并前移，实现了抬腿、迈步、落腿等步态，运动稳定；机器人落腿时磁力产生，抬腿时磁力消失，机器人兼具吸附稳定性和运动灵活性；电永磁轮结构简单，体积小，质量小，耗电少，可提供150 N左右的吸力。研究结果为爬壁机器人在水冷壁清扫和检测中的应用提供了参考。
作为磁吸附式爬壁机器人的关键部件，磁吸附模块的结构通常会影响机器人的整体质量及吸附稳定性。针对磁吸附模块磁路耦合关系复杂、优化设计困难等问题，结合虚拟仿真技术、代理模型和蜣螂优化算法提出了一种磁吸附模块结构优化方法，以提高其磁力计算和优化设计过程的效率。首先，介绍了爬壁机器人的结构设计方案，并通过对现有的Halbach阵列磁路模式进行仿真分析，确定了三磁路模式具有相对较高的吸附效率；同时，基于初设参数对磁吸附模块磁力仿真模型进行了实验验证，为后续代理模型的建立奠定了基础。然后，建立了以机器人吸附稳定性和结构参数为约束、以磁吸附模块轻量化为目标的优化模型。采用最优拉丁超立方设计、ANSYS参数化建模以及代理模型技术建立了磁吸附模块磁力与结构参数之间的四阶响应面模型，并对其可信度进行了验证。利用蜣螂优化算法对磁吸附模块的结构参数优化模型进行了求解。结果表明，所建立的代理模型的预测误差很小，能够较好地表征磁吸附模块磁力与结构参数之间的关系；优化后磁吸附模块的质量减小了12.7%。最后，通过机器人负载实验验证了优化过程的正确性。研究结果可为其他磁吸附式机器人的磁力分析与结构优化提供参考。
采用锚定-伸缩运动机制的软体管道机器人多以硅胶、水凝胶等柔性材料为主体，可通过柔性材料的变形来实现在管道内的锚定和伸缩，具有良好的柔顺性。但由于柔性材料具有黏弹性和滞后性，软体管道机器人通常表现出较小的作用力和较慢的响应速度，难以快速储存和释放大量机械能，爬行速度缓慢。为解决这一问题，设计了一种可实现快速爬行的软体管道机器人。该机器人由锚定模块和伸缩模块组成，锚定模块利用柔性带的屈曲变形来实现在管道内的锚定，伸缩模块采用以塔簧为主体的软连续体结构来实现伸展与收缩。通过实验测得，该机器人在管道内的最大爬行速度为102 mm/s，最大锚定力为76.4 N，其能够在内径为90~120 mm的管道内实现稳定爬行，且对不同形状的非结构化管道环境具有良好的适应性。结果表明，所设计的机器人不仅能够在水平和竖直管道内实现双向爬行，还能够快速通过S形管道，这可为非结构化管道内软体机器人的设计与研究提供新思路。
针对中枢模式发生器（central pattern generator，CPG）模型的不确定性参数对六足机器人运动稳定性的影响，提出了一种基于概率-区间混合模型的六足机器人运动稳定性优化设计方法。首先，建立了六足机器人数值模型，并基于Matsuoka 和 Kimura模型建立了六足机器人CPG模型；其次，通过概率-区间混合模型来描述CPG模型的不确定性变量，并建立了六足机器人运动稳定性优化数学模型；再次，采用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法对六足机器人运动稳定性优化设计问题进行解耦，将三层嵌套优化设计问题转化为单层优化设计问题，实现对优化问题的高效求解；最后，基于径向基函数建立六足机器人运动稳定性优化近似模型，并利用遗传算法求解最优设计解。结果表明，采用所提出的方法能够高效求解CPG模型的最优参数，提高了六足机器人的运动稳定性。因此，该方法在机器人运动控制领域具有较高的应用价值。
皮肤大面积损伤修复一直是临床上亟待解决的难题。目前，常用的修复方法主要为自体皮肤移植和伤口敷料治疗，但这些方法不能同时满足皮肤大面积修复和定制化治疗的需求。原位皮肤打印技术为皮肤大面积损伤修复提供了新思路，但现有的生物打印设备打印范围小且打印精度低，无法实现皮肤大面积组织的随形打印。为解决上述问题，提出了一种由Stewart并联机器人、直线模组机构、打印头和三维扫描仪等组成的原位皮肤打印系统。其中，Stewart并联机器人的重复定位精度高且累积误差小，其作为打印驱动装置可实现高精度的皮肤原位打印；Stewart并联机器人具有6个自由度，可在三维空间中实时调整打印角度，使得生物墨水能够沿皮肤曲面完整地覆盖在皮肤损伤处，有利于伤口修复。为分析所设计原位皮肤打印系统的可行性，通过数值法计算并联机器人的工作空间，得到了原位皮肤打印系统的工作范围，并通过打印实验进行了验证。实验结果表明，并联机器人可按照指定路径运行，打印头在打印过程中可稳定喷射生物墨水；原位皮肤打印系统的工作范围与并联机器人的工作空间基本吻合，可满足皮肤大面积损伤修复的需求。研究结果为后续的皮肤大面积修复动物实验奠定了理论基础。
针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足，提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项，实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱；同时，采用边界层法进一步抑制抖振，解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性，并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动，对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明，改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后，通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能，验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。
为了更好地辅助偏瘫患者的康复训练，设计了一种基于盘式电机驱动的下肢康复外骨骼机器人，并通过助力效果可视化研究与性能分析来验证其不同康复训练模式的有效性。首先，对下肢康复外骨骼机器人的结构进行了详细设计，并利用OpenSim软件进行了人机耦合的生物力学分析。然后，开展了基于位置跟踪控制的被动康复训练实验以及抗阻康复训练实验并采集表面肌电信号，验证了所设计下肢康复外骨骼机器人在不同模式下辅助患者康复训练的有效性。结果表明，穿戴下肢康复外骨骼机器人能使人体膝关节的力矩减小50%左右；在被动康复训练实验中，跟随误差为-4°~8°，且人体下肢目标肌群的肌肉激活度呈明显的周期性变化；在抗阻康复训练实验中，人体下肢目标肌群的肌肉激活度随负重的增加而提高。所设计的下肢康复外骨骼机器人具有良好的灵敏性和跟随性，其被动及抗阻康复训练模式均有助于偏瘫患者下肢的康复，具有广阔的应用前景。
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。
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 N·cm。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。
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。
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。
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。
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。
