随着产品互联网时代的到来，针对传统产品设计需求的获取方法单一、实时性差、主观性过强等问题，提出了一种基于大数据分析和粗糙集理论的产品需求分析方法.采用网路爬虫技术，实时获取存在于多种信息载体中的大体量用户需求；利用大数据分析工具和粗糙集获取不同语义层次的用户需求类型的权重，并通过质量功能配置（quality function deployment，QFD）质量屋将用户需求转换为相应的工程设计参数，从而为准确获取反映用户需求的产品设计方向提供依据.以三星手机Galaxy S6 Edge为例，通过对该款手机在微博和京东商城的产品用户评论等数据进行大数据分析，并结合粗糙集理论的用户需求计算方法，验证了提出方法的有效性.
不确定性研究中需要计算大量重复样本，这无疑对计算量较大的数值模拟提出了巨大的挑战.通过试验设计方法可以有效地减少不确定性研究中的计算量，然而，目前考虑不确定性的试验设计方法研究大多仍专注于传统试验设计方法.针对这一问题，为了通过更为合理的计算资源分配得到更精准的不确定性评估，基于有限样本的Stochastic Kriging模型提出了针对不确定性问题的三阶段序贯试验设计方法.首先，通过特定位置的采样对IMSE进行简化，构建了预选步进信息选取策略，通过预选增量样本总个数以及各取样位置处的分布信息，达到随机代理模型目标精度要求；同时，基于IMSE构建了基于步进信息的单轮选点试验设计准则，以同时考虑设计变量的取样位置及其分布信息.由算例与传统方法的对比分析可知，所建立方法通过等量的采样得到了精度更高的随机代理模型，验证了其在不确定性问题中的可行性和优势.
提出一种用于工业机器人操作空间连续轨迹规划的平滑曲线过渡算法，以提高工业机器人在连续轨迹过渡时的运动速度.该算法的主要目的是在保证连续轨迹过渡精度和工业机器人物理约束的条件下充分发挥工业机器人的能力，尽量提高过渡区域的速度，减少过渡所需时间，同时尽可能地使计算过程简便，以便用于在线规划，提高算法的通用性.该算法以给定速度为零的路径衔接点为基准，根据过渡半径参数得到2个速度不为零的过渡节点，在过渡节点之间采用一种有限项的正弦级数进行曲线拟合.而在非过渡区域只需采取经典的起止速度及加速度满足约束值的直线轨迹规划算法或圆弧轨迹规划算法.通过MATLAB仿真和一种两自由度高速并联机械手的实验验证了该算法的效果.该算法可以实现典型路径的在线轨迹规划，且轨迹通常不随速度参数的更改而变化，计算过程简便，故具有较大的应用价值和发展空间.
奇异位形严重影响并联机器人机构的性能，有必要在获得机构奇异位形分布规律基础上进一步探讨机构的奇异规避问题.主要研究六自由度Gough-Stewart并联机构的奇异轨迹几何性质和无奇异路径规划.构建机构位置奇异轨迹方程，并指出机构位于一系列动平面上的位置奇异轨迹均为具有明显几何性质的二次曲线.基于上述奇异轨迹几何性质，当给定起始点和目标点时，给出机构无奇异运动路径存在与否的一般性判别方法；若存在无奇异运动路径，进一步给出机构位于动平面上的无奇异路径规划具体实现方法；以数值实例验证了上述方法的有效性.研究成果对并联机器人机构的奇异规避问题研究具有重要的理论意义和实际参考价值.
为解决蠕变时效成形后板料回弹较大的问题，基于偏差调节法，在不同补偿方向建立了考虑水平方向偏差的模具型面修正方案.利用ABAQUS软件建立了板料成形的有限元模型并对成形过程进行了模拟，并分别用偏差调节法和改进后的方法通过反复迭代对构件进行回弹补偿.结果表明，使用偏差调节法至少需要5次迭代才能使构件满足成形精度要求，而考虑水平偏差的方法仅需要3次，而且获得的构件的精度更高.研究表明考虑水平偏差的方法具有收敛速度快、成形精度高的特点.
传统的喷洒水和气体灭火系统已不能满足大空间建筑场所的灭火要求，智能消防水炮已逐步成为高大空间和工业场合的灭火新设备.针对当前智能消防水炮射流灭火误差较大的问题，在考虑空气阻力的情况下，构建智能消防水炮射流运动轨迹模型，分析射流轨迹特性，求解初始仰射角，进行定位旋转角补偿.通过仿真实验完善和验证射流运动轨迹模型初始参数，以及它们之间相互约束关系；在实际试验环境下，对通过射流运动轨迹模型计算得到的初始仰射角进行分段修正补偿.实验结果表明，基于考虑空气阻力下的智能消防水炮射流运动轨迹模型的定位时间小于30 s，射流落水点和火源中心偏差小于0.3 m，射程误差满足国家标准，可为智能消防水炮的控制和研发提供借鉴.
利用ANSYS对某型号电连接器接触件应力场进行分析，以寻找应力变化规律.对接触件应力场分布特点、插孔形变、接触压力随温度升高的变化规律进行了仿真研究，并进行数据分析与接触压力的试验验证.结果表明：随着温度升高，插孔最大形变量增加，最大接触压力和接触压力区域都有所减少；尺寸较小的接触件插孔槽缝底部最大等效应力随温度升高增幅较大，交变载荷作用时易出现疲劳、破裂等，属产品失效薄弱点.通过分析得知最大等效应力值随温度上升而变化的趋势取决于温度软化效应和热应力增强作用的综合结果；仿真结果能较好地反映电连接器的工作应力状态，接触压力试验验证了有限元仿真方法的可行性.
参照圆弧齿线圆柱齿轮齿面方程的推导方法以及齿面组成特点，介绍了一类曲线齿线圆柱齿轮的齿面组成特点.采用齿轮啮合原理中的单参数曲面包络方法，运用坐标变换推导了曲线齿线圆柱齿轮的数学方程和共轭齿面方程的一般形式.以圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程推导为例，推导了圆弧齿线圆柱齿轮的空间啮合数学模型，并采用UG建模软件建立了圆弧齿线圆柱齿轮的3D模型，验证了该方法的正确性.研究结果为进一步开展新型齿线的设计、新型曲线齿线圆柱齿轮传动研究提供了理论基础.
为了缓解齿轮在啮合传动过程中齿面产生的局部高温导致齿轮表面固有熔焊粘附的问题，基于二次回归正交设计方法设计了27组因素水平试验，利用ANSYS软件对单个齿轮通过添加边界条件进行有限元分析，得到单个齿轮本体最高温度.通过Design-Expert软件对试验数据进行分析处理，得出：齿轮的转速z1、齿轮的转矩z2、齿轮的齿宽z3和齿轮压力角z4均方分别为556.82，1 813.69，278.17，20.02，即影响齿轮本体最高温度响应值的四因素主次顺序为齿轮的转矩z2、齿轮的转速z1、齿轮的齿宽z3和齿轮压力角模数z4；齿轮本体最高温度会随着齿轮的转速z1、齿轮的转矩z2和齿轮的齿宽z3增大而增大；齿轮本体最高温度随着齿轮压力角z4增大而减小.这一结论为齿轮的设计提供借鉴意义.
针对内LET（Lamina emergent torsion）柔性铰链存在轴向刚度低这一问题，基于倒置原则提出了一种抗压内LET柔性铰链.首先，综合考虑各柔顺片段的变形特点，设计了抗压内LET柔性铰链的结构；其次，利用等效弹簧刚度模型推导了该铰链的弯曲等效刚度及抗压等效刚度，并用有限元分析实例验证了2种理论计算模型的正确性；最后，将内LET柔性铰链和抗压内LET柔性铰链弯曲变形及压缩变形的有限元仿真结果进行比较.结果表明，在外形尺寸一致的情况下抗压内LET柔性铰链的弯曲刚度是内LET柔性铰链的1.195倍，而抗压刚度却是其24.532~28.141倍.在弯曲刚度无明显变化的前提下，抗压内LET柔性铰链的抗压刚度大幅提升，该铰链的结构设计完全符合预期要求.
为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系，理论分析了其斜盘斜面的受力状况，建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型，得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明：内排柱塞分布圆半径增大，斜盘合力矩减小，外排柱塞分布圆半径增大，斜盘合力矩增大，且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径，减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩；内排柱塞直径增大，合力矩减小，外排柱塞直径增大，合力矩增大，应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类“三角形”，转折点少，方向突变性低，合力变化平缓，使得斜盘受力良好，运行更平稳，振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.
基于铺层设计特征，提出一种使用碳纤维复合材料对承载结构件进行结构优化设计的方法和流程.该方法综合考虑结构几何特征、材料铺层方式、铺层厚度及铺层角度在设计环节中的序列关系，通过几何设计空间构建、离散变量多目标优化、基于工艺可行性的最优决策等方法实现结构设计.以碳纤维增强复合材料悬架控制臂的轻量化设计为例：首先，以钢质控制臂结构为参考建立复合材料控制臂的几何设计空间；然后，以复合材料铺层便利性为原则对其进行结构设计，采用准各向同性铺层对控制臂的铺层厚度进行设计；进而，以提高控制臂刚度和1阶固有频率为目标，使用优化算法对铺层角度进行多目标优化设计；最后，以工艺可行性为约束对优化结果进行筛选并最终完成结构设计.结果表明，所设计复合材料结构具有更大的刚度和1阶固有频率，并且与钢质结构相比减重47.9%.所提出的方法能够较好地兼顾结构特征和复合材料设计要求之间的关系，为复合材料结构优化设计理论与方法的发展提供有益参考.
传统架车机设计方法往往趋于保守，为了充分发挥地坑式架车机材料的承载性能，将响应面近似模型法与优化技术相结合，提出一种以地坑式架车机结构自重为优化目标的优化方法.该方法基于多学科优化软件ISIGHT和ANSYS，通过最优拉丁超立方试验设计方法分析设计变量对响应的灵敏度，获得最终设计变量，并建立响应面近似模型，利用多岛遗传算法对近似模型进行优化.结果表明，该方法能极大提高优化效率，同时使地坑式架车机结构自重降低20.64%，轻量化效果显著.研究结果可为地坑式架车机的设计提供理论指导.
医疗检测过程中，传统的人工检测方法效率低、主观误差大、成本高.针对人工检测的缺陷以及生化分析系统高精度、小型化的需求，自主研发了一种全自动生化进样系统.该系统在机械结构上兼具移液和取退吸头的功能，在控制方法上优化了执行机构的控制算法.首先，为满足自动进样系统的实际需求，设计了整个系统的结构和以STM32控制芯片为核心的控制系统；其次，通过论证步进电机的控制算法，决定采用S型曲线控制算法，并对其进行优化和实现，从而提高了系统的控制精度和速度；最后，为进一步提高系统的鲁棒性，对试验数据进行整理和分析，得到了系统的误差补偿曲线和校正方法.结果表明改进后的系统拥有更高的进样精度，满足了更广泛的实际需求，对医疗器械的研发具有指导意义.
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.
针对矿井光线强度不够、瓦斯防爆、坑道弯曲多变等引起的多媒体信号获取困难与传输环境恶劣等问题，研制了高效的WiFi视频传输系统，并应用于矿井通信场合.采用嵌入式ARM处理器、红外CCD摄像头、WiFi模块等器件构造基本硬件传输处理平台，在软件上采用H.264视频编解码、RTP/UDP封装、WiFi快速切换等信息获取与传输机制，最终研制了满足煤矿多媒体监管所需的高效、低功耗井下无线多媒体终端系统.经工程实践验证，该系统适应井下弱光甚至全暗、防爆、低功耗、复杂链路等工作环境，并取得了较好的井下WiFi视频传输效果.因此，所设计的矿井WiFi传输系统能有效消除井下恶劣信道环境的影响，实现低成本实时宽带视频信息传输，可在矿井安全监控管理等场合广泛应用.
全向移动机器人使用无解耦机构的驱动万向轮在转向时会派生出额外的滚轮滚动输出，这会导致运动的不稳定以及增加控制算法复杂性.为了解决驱动万向轮转向运动与驱动运动之间的耦合问题，通过在驱动万向轮内加入差速行星齿轮机构，合理地设置该行星齿轮组的输出传动比，可以将转向时的派生滚动输出从转向运动中解耦，实现了对机器人运动的精确控制，提高了机器人运动平稳性.最后通过对机器人进行运动学分析，得到了输入转速与机器人运动速度之间的关系，验证了机器人的全向移动功能，并为机器人运动控制提供了依据.
