针对Watt型平面六连杆机构解域分析问题，提出了基于欧拉公式和判别法的平面四环链和平面六环链的奇异点识别方法，并结合平面四环链和平面六环链的运动特征，对Watt型平面六连杆机构进行了分支自动识别研究。首先，基于提出的识别方法并结合MFC（microsoft foundation classes，微软基础类库）设计了计算机辅助识别软件，实现对Watt型平面六连杆机构的分支、构型位置以及奇异点坐标的自动识别。然后，基于识别结果分析Watt型平面六连杆机构的可行域，再根据Watt型平面六连杆机构的可行域生成机构的运动仿真视频，并通过仿真视频分析其运动学特性。最后，结合实例演示Watt型平面六连杆机构分支的自动识别过程。结果显示该计算机辅助识别软件能够对该机构分支进行自动判别。研究结果表明利用所提出的Watt型平面六连杆机构分支自动识别方法可简便快捷地实现对机构的可行域分析和运动学分析，具有较强的工程实用性。

针对现有形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）温度反馈控制难以实现及SMA应变量小导致实际应用中存在驱动位移小的问题，提出了一种基于电阻反馈控制的新型SMA驱动器，并采用这种驱动器研发了一种绳索传动的三指灵巧手。新型SMA驱动器由滑轮、空心螺柱、SMA丝和弹簧拉伸装置等组成，通过采用滑轮绕线的方式增长SMA丝的使用长度以提高驱动位移输出量；利用SMA自身的电阻特性得到SMA电阻变化与相变的关系，设计了基于电阻反馈的开关控制系统；采用模块化思想设计了三指灵巧手，3根手指共有8个自由度，并通过实验验证三指灵巧手对物品的抓取能力。结果表明：新型SMA驱动器不需要通过测温来判断SMA丝相变进程，省去了外部温度传感器；SMA驱动器输出的驱动量可达驱动器总长的8%以上；通过监测SMA丝的电阻变化可实现驱动器通电加热的控制，防止SMA丝过热烧毁。研究结果为提高SMA驱动器驱动位移和降低SMA驱动器控制难度提供了一种思路。

目前人防工程水平口部的防护设备非常稀缺，针对平置电动防护门的防护特点和要求，提出了一种手电两用、内外均可开启的新型平置电动防护门设计方案，设计了手动、电动两种控制模式兼容的布置方案，以解决手动开启需较大开启力的难题。基于建立的防护门门扇有限元模型，对门扇截面和骨架布置进行优化计算，提出相应的载荷加载和约束设置的方法和建议，通过仿真分析验证了设计的合理性和可靠性。基于动力学仿真技术，建立了防护门电动执行机构的仿真模型和约束设置方法，确定了电动部件所需推力的理论峰值。制作了新型平置电动防护门的样机并进行试验，结果表明该防护门运行稳定，可满足６级防护抗力的人防要求。提出的平置电动防护门设计和仿真分析技术可为其他类似防护设备的研制提供参考。

为了提高动力传动系统中三叉式万向联轴器的工作可靠性，根据三叉式万向联轴器工作时滑块组件上存在的周期性变化的径向载荷和轴向载荷，设计了橡胶减振型三叉式万向联轴器新型结构，并对其寿命进行预测。采用名义应力法，通过试验获得氟橡胶材料的S—N曲线，并对减振结构进行疲劳寿命有限元分析。结果表明减振型三叉式万向联轴器的最小疲劳循环次数为5.88×10⁶ 次，出现在氟橡胶减振元件处；由减振型万向联轴器运行的里程与循环次数的关系确定其寿命约为1.47×10⁶ km。研究结果可为联轴器在应用过程中的定期维修与更换提供理论依据。

为了实现矿用巡检机器人对煤矿井下设备的识别与匹配，通过基于卷积神经网络的深度学习算法建立了煤矿设备类型识别模型，分别在明亮环境下、昏暗环境下以及设备重叠情况下采集大量待识别设备图像样本，再对识别模型进行训练，实现巡检机器人对煤矿设备的精确识别与分类。使用基于粒子群优化的SVM（support vector machine，支持向量机）建立了煤矿设备匹配模型，将巡检机器人相对于煤矿坐标系的三轴位置信息、三自由度角度和视觉相机转角作为匹配模型的输入量，将相机视野中设备序号作为输出量，实现煤矿设备类型识别模型识别出的设备与已知设备序号一一对应。实验结果表明基于深度学习算法的煤矿设备类型识别模型对外界的干扰不敏感，识别准确率高；基于SVM的煤矿设备匹配模型的匹配准确率达到了93.2%，在匹配准确率的训练和测试效率上均优于基于BP（back propagation，反向传播）神经网络的匹配模型。研究结果可为煤矿井下巡检机器人的研制提供参考。

为提高可溶桥塞中整体式卡瓦的承载能力，对卡瓦齿槽结构进行了优化。首先，开展整体式卡瓦承载能力实验并分析卡瓦失效的原因。然后，应用有限元法建立了整体式卡瓦及与之接触部件的六分之一模型和广义接触关系，分析了单一齿槽结构参数对卡瓦锚定效果的影响，并通过正交试验优选出最佳齿槽结构参数：前排齿槽轴心线距离卡瓦前端25 mm，前后排齿槽轴向间距为15 mm，齿槽轴心线夹角为20°，齿槽轴心线倾角为20°，齿槽深度为7 mm。最后，对齿槽结构优化后的整体式卡瓦进行实物加工并开展承载能力实验，结果表明该卡瓦的轴向承载力可达629 kN,能够承受内径为114.3 mm的套管在井下70 MPa压力环境中受到的轴向载荷。仿真和实验结果表明整体式卡瓦齿槽结构参数对卡瓦的承载能力有重要影响，研究结果对镶齿类整体式卡瓦结构设计具有重要参考价值。

针对民机维修工程分析中修理级别分析（level of repair analysis，LORA）的研究，在民机维修保障体制特点的基础上综合考虑经济性和非经济性两个因素，对各类影响民机修理级别的评价因素进行综合分析。应用可拓层次分析法（extension analytic hierarchy process, EAHP）与模糊综合评价法（fuzzy comprehensive evaluation, FCE）建立了一种民机修理级别综合评价模型，并采用灰色关联分析法对比验证了模糊评估结果。在模型求解中，利用区间数取代点的值构建判断矩阵，求解各层次指标权重，采用模糊综合评价法求得模糊关系；将指标权重与模糊评估矩阵进行线性结合以求解复杂的多因子包容方程，归一确定最优方案；通过关联系数分析法对比验证可行性方案与理想方案的关联度。通过实例对提出的模型进行了验证，结果表明方案V₃为最佳方案，即修理级别为基地级，与工程文件中的指导基本一致，说明该模型有效可行。所建立的民机修理级别确定模型完善了修理级别分析理论，能够为航空制造商和航空公司在飞机设计和使用阶段对飞机修理级别确定提供参考。

为了验证智能制造测试床的整体布局设计和制造工艺在生产运营环境下的合理性，利用西门子Plant Simulation工厂仿真软件进行生产节拍和设备利用率分析。首先，建立了按订单生产运行的制造生产线二维仿真模型，根据生产要求对二维仿真模型进行输入参数设定，并根据二维仿真模型运行后得到的分析统计结果进行工艺布局、物流布局和制造策略的优化。然后，在二维仿真模型基础上，为了让仿真模型在建设阶段和运营阶段具有更直观的展示效果，基于原三维设计图，在三维仿真模型中替换或导入各对象的三维模型，并运用Simltalk语言编写精细的三维位置坐标和动作路径动画程序，对仿真模型进行三维效果优化。结果表明优化后的智能制造测试床三维仿真模型可以实现与实际生产一致的业务运行模式，它具有更形象、逼真的动态运行展示效果。仿真结果可指导智能制造测试床的建设与优化，且在测试床投入运营后，仿真模型还能够接受运营数据以对测试床进行持续迭代的优化。提出的仿真模型设计方法为实现智能制造测试床的“数字孪生”奠定了基础。

进给系统动态误差是决定数控机床加工精度的关键因素，明确机械系统和控制系统参数以及两者之间耦合作用对进给系统动态误差的影响是当前面临的重要课题。以某五轴联动加工中心的进给系统为研究对象，充分考虑进给系统传动件结合面间刚度和滚珠丝杠柔性特征，搭建了进给传动系统动力学模型，并利用有限元软件进行了验证。利用典型三环PID（proportion integration differentiation，比例积分微分）控制结构搭建了机电-刚柔耦合进给系统动力学模型，通过仿真分析研究了机械系统参数和控制系统参数对进给系统动态误差的影响规律。结果表明，机械系统参数中，滚珠丝杠导程和螺母副轴向刚度对进给系统动态误差的影响显著，支撑轴承轴向刚度的影响不明显；控制系统参数中，位置环比例增益对进给系统动态误差的影响显著，速度环比例增益的影响不明显。研究结果为实现进给系统动态误差的可预知和可控性奠定了理论基础。

固态耦合超声检测时两固体粗糙表面接触界面处的超声波不完全耦合，为提升该界面处超声检测的耦合效果，需深入研究其耦合特性。以粗糙表面的弹簧接触模型为基础，结合粗糙表面接触理论推导出固态耦合超声检测的耦合界面理论模型。根据实际情况以及材料参数分析，得到表征界面耦合效果的平均声反射系数与接触载荷以及接触表面当量粗糙度的关系，并与T模型的计算结果进行对比。在不同当量表面粗糙度和不同接触载荷下分别测得接触界面的平均声反射系数，并对比了不同当量表面粗糙度下界面声耦合效果达到最佳时接触载荷的理论值和实验值，计算得最大相对误差为13.04%，表明实验结果与所提出的理论模型结果基本吻合。所建立的固态耦合超声检测界面理论模型形式简洁，实用性强，并可通过针对性地控制相关参数来改善耦合效果。

针对我国菠萝果实采摘机械化水平较低、采摘效率低下且易对采摘人员手部造成伤害的问题，设计了一种菠萝采摘、收集连续化作业的机器。首先，对菠萝自动采摘收集机的整体结构进行设计，并详细介绍了采摘切割机构、带式运输机构的设计。其次，采用SolidWorks三维软件对采摘切割机构进行三维建模，并通过SolidWorks软件、Motion模块进行应力、应变、位移特性和动力学仿真分析。然后，对菠萝自动采摘收集机的电子控制系统进行设计与分析，包括电源输出的升降压方案以及三自由度机械臂步进电机驱动控制的设计。最后，进行了菠萝果柄切割试验与菠萝果实采摘收集试验。试验结果表明，该机器的切割效率可达1 636株/h，是人工切割效率的2倍以上；菠萝果实收集效率达195株/h。所设计的自动采摘收集机可实现菠萝果实的采摘、收集过程连续化，可提高菠萝采摘效率和减轻采摘人员劳动强度。

为实现对不同方向海洋来流波浪能量的高效俘获，设计了一种基于Stewart并联机构的直接驱动式波浪能量转换器，该转换器的支链单元采用弹簧连接永磁体动子，通过与定子线圈的相对运动实现波浪能与电能的转换。在特定海域波浪环境下对该波能转换器进行动力学分析，并基于弗汝德-克雷洛夫假定法计算了转换器所承受的水平和垂直波浪力；采用ADAMS动力学仿真分析软件对该波能转换器进行动力学建模与能量转换仿真分析，研究了波浪力作用下其弹性支链的变形规律，并分析了支链弹簧刚度系数与动平台质量之比对转换器能量转换率的影响。研究结果表明：在波浪激励下，该波能转换器能够俘获由垂向和横向波浪运动产生的能量；通过优化调整支链弹簧刚度系数与动平台质量的比值，该波能转换器的最大能量转换率可达35.2%。研究结果可为新型高效波能发电装置的设计提供重要的理论依据。

为了丰富平面超声电机的型式，提出一种双十字压电振子同型弯振模态驱动的平面超声电机。利用双十字压电振子的纵杆面内、面外弯振耦合以及横杆面内、面外弯振耦合，分别在两杆的驱动足上合成沿xoz、yoz面行进的两相椭圆轨迹，以交替地推动动子沿x、y向移动。分析了该平面超声电机的驱动机理，并推导出两相椭圆轨迹方程。建立了双十字压电振子机电耦合模型，对其三相工作模态的振型进行仿真分析，并在结构优化的基础上实现了三相工作模态频率一致，使它们分别为43 468，43 552和43 569 Hz。仿真了双十字压电振子的频响特性并实现了干扰模态分离，当驱动电压为250 V时，驱动足x、y、z向振幅分别为1.3，0.8和0.9 μm，满足电机驱动要求。模拟得到定频激励下双十字压电振子驱动足的两相椭圆运动轨迹，验证了所设计平面超声电机驱动机理的有效性。该平面超声电机可输出较大速度与动力，具有广阔的应用前景。

针对液黏调速离合器存在非线性和控制精度较低，难以满足工业领域较高的传动特性需求等问题，提出了基于RBF (radial basis function, 径向基函数)神经网络的液黏调速离合器活塞位移滑模控制策略。对液黏调速离合器局部结构进行改进，增设位移传感器和导电滑环以采集位移信号；建立了电液比例溢流阀和液黏调速离合器的数学模型，设计并分析了基于RBF神经网络的液黏调速离合器活塞位移滑模控制器；搭建了液黏调速离合器AMESim-MATLAB联合仿真模型。仿真结果表明：基于RBF神经网络的液黏调速离合器活塞位移滑模控制可以有效地适应液黏调速离合器的非线性，并解决滑模控制的抖振问题，能够提高控制精度，使液黏调速离合器控制器具有很好的鲁棒性，可以满足较高的工业需求。

在圆柱滚子双盘直槽研磨加工中，为提高滚子的加工效率，满足滚子连续进料的要求，设计了一种将电磁能转化为机械能的电磁推进装置，将它运用到圆柱滚子的研磨加工送料中。对圆柱滚子电磁推进装置的结构设计，通电状态下磁场的分布、磁场运动情况进行理论分析后，利用ANSYS Maxwell电磁场仿真软件对装置的二维模型进行仿真，查看磁场的分布及运动情况，并得出在不同电源激励条件下各滚子受力及整列滚子受力情况。仿真结果表明：装置通电后，内部会产生沿其轴线方向作周期性运动的行波磁场，并能够向滚子提供方向一定、大小可调的电磁推力，可以满足滚子研磨加工中连续推料的要求。随着电源电压和频率的增大，电磁推力也增大，推力调节方便。搭建了圆柱滚子电磁推力测量实验平台，对比了相同激励条件下仿真和实验所得电磁推力。实验结果表明：滚子受到的电磁推力随电源电压和频率的增加而增加，在相同的激励条件下，实验测得结果与仿真计算结果接近，验证了仿真结果的准确性。该装置可以实现滚子连续进料，具有较大的实际应用价值。

针对打磨、抛光等重载机器人的应用需求，提出了一种新型冗余驱动2SPR-2RPU并联机构。运用螺旋理论计算了2SPR-2RPU并联机构的自由度，并求解了其运动学逆解与速度雅克比矩阵。全面考虑2SPR-2RPU并联机构自身重力因素，利用拆杆法对该机构进行静力学分析，并建立了其静力学模型。针对机构驱动冗余的特点，运用拉格朗日乘数法，以驱动力最小为目标构造函数，对驱动力进行分配求解，获得2SPR-2RPU并联机构在给定运动轨迹下的驱动力变化趋势。根据速度雅克比矩阵对2SPR-2RPU并联机构的奇异性进行分析，结果表明该机构没有运动学正解奇异和运动学反解奇异，但具有2个运动学混合奇异，且2个混合奇异位形可通过合理设计机构杆件尺寸进行规避。研究结果可为实际工程应用中冗余驱动并联机构的研究提供一定的理论基础。