准确识别护帮板支护状态，判断护帮板是否与采煤机发生干涉，是实现煤矿安全生产的重要一环。提出了一种基于改进YOLOv5s的护帮板异常检测方法。建立了护帮板数据集hb_data2021，对YOLOv5s模型进行改进。根据基于改进YOLOv5s的护帮板状态检测结果的标签分类，判断护帮板状态是否异常。为了减小YOLOv5s模型的参数量，采用MobileNetV3 和轻量级注意力机制NAM（normalization-based attention module，标准化注意力模块）替换主干特征提取网络。为了提高护帮板检测精度，改进损失函数为α-CIoU，并进行知识蒸馏。实验结果表明：蒸馏后的网络平均精度提高了1.0%，参数量减小了33.4%，推理加速34.2%；基于改进YOLOv5s的护帮板异常检测方法效果良好，将其部署在NVIDIA Jetson Xavier平台上，可以满足实时检测视频的要求。将检测模型移植到巡检机器人的嵌入式平台上，可以实现护帮板异常检测，满足煤矿工业实际需求。

针对空间站舱体水平旋转装备负载30 t后在长度方向上易产生变形的问题，提出了六点调平算法及同步控制方法。在原有空间站舱体水平旋转装备的4个边角处各安装1条螺旋升降支腿的基础上，在2条长边的中心位置处各增加1条螺旋升降支腿，通过协同控制各螺旋升降支腿的高度，使得水平旋转装备上平面的水平度达到0.001°以内，以确保空间站舱体的质心稳定以及结构不发生变形。同时，利用理论仿真验证了六点调平算法及同步控制方法的可行性。经实验测试，所提出方法的调平效果良好，6条螺旋升降支腿的同步控制误差小于8 ms；调平后水平旋转装备上平面水平度的最大误差为0.000 8°，最大变形量为0.074 mm，可忽略不计，符合预期目标。结果表明，六点调平算法及同步控制方法的应用有效避免了空间站舱体水平旋转装备负载30 t后在长度方向上产生变形的问题，提高了水平旋转装备的水平度并延长了其使用寿命，同时确保了空间站舱体放置在水平旋转装备上后质心稳定，这可为后续的空间站总装过程提供技术保障。

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。

为满足下肢运动功能障碍患者在不同阶段的康复训练需求，针对现有下肢康复机器人训练方式单一的问题，提出了一种可实现卧姿、坐姿训练模式的牵引式下肢康复机器人。首先，根据人体下肢运动机理和仿生原理，设计了一种五自由度混联机构构型。然后，建立了机器人的运动学模型，分别计算了其运动学正、逆解。接着，以人体下肢末端与机器人末端的工作空间重合度为目标函数，采用遗传算法对机器人的机构参数进行了优化，并求得人机系统矢状面内人体下肢的有效工作空间比为0.71。最后，规划了CPM（continuous passive motion，连续被动运动）、圆周运动和螺旋运动等3种康复训练运动轨迹，并根据优化后的机构参数搭建了机器人样机，通过运动捕捉实验验证了机器人结构设计与优化结果的合理性以及轨迹规划的正确性，表明该机器人能够满足下肢运动功能障碍患者的康复需求。

针对单柱塞泵系统中配流单向阀参数不合理所导致的吸油不充分、系统响应慢等问题，提出了一种基于线性回归的多参数优化方法。首先，通过AMESim软件进行单柱塞泵系统仿真分析，并利用MATLAB拟合工具箱分别探讨了不同单向阀参数（弹簧预紧力、弹簧刚度和阀芯质量）与进油口流量的关系。然后，在利用主成分分析法消除各参数之间相关性的基础上，以进油口流量为因变量，弹簧预紧力、弹簧刚度和阀芯质量为自变量，各参数的取值范围为约束条件，建立了基于线性回归的单向阀参数优化模型，并采用遗传算法进行优化求解。最后，根据优化前后的单向阀参数，对单柱塞泵系统进行仿真分析和实验验证。仿真结果表明，优化后进油口流量提高了21.3%；实验结果表明，优化后进油口的实际流量提高了16.8%。研究表明，所提出的多参数优化方法是一种有效的方法，可为单柱塞泵系统中配流单向阀的参数优化提供参考。

对摆线轮进行合理的修形能够极大改善RV（rotary vector，旋转矢量）减速器的传动性能和承载能力。为了进一步优化“反弓”齿廓的接触应力，在综合分析组合修形对反弓齿廓啮合力和接触应力的影响的基础上，提出了一种两段修形方法。该方法是将摆线轮齿廓分成2段，并根据需要对不同工作段的齿廓采用不同的修形量，以更灵活地设计摆线轮的齿廓。以RV-40E减速器为例，先利用MATLAB软件建立摆线轮受力分析模型，并按照两段修形方法确定新齿廓的修形量和方程；再利用ANSYS软件建立摆线轮与针齿接触的有限元模型，并对比新齿廓与反弓齿廓的接触应力。理论计算结果显示，新齿廓的最大接触应力降低了8.34%；有限元仿真结果显示，新齿廓的最大接触应力降低了4.39%，并分析了可能的误差来源。研究表明，两段修形方法可以改善摆线轮齿廓的接触应力和延长摆线轮的使用寿命，这为摆线轮的修形设计提供了一定的参考。

轻量化是实现汽车产业向安全、节能、环保发展的一个重要途径。Al/CFRP（carbon fiber reinforced plastic，碳纤维增强复合材料）混合材料能够在提升轻量化效果的同时兼顾材料成本和结构耐撞性能。为探索方形截面Al/CFRP混合薄壁结构的最佳组合方式，首先，制备了Al方管、CFRP方管和Al/CFRP混合方管，并开展准静态压溃实验。然后，建立能够精确模拟Al/CFRP混合方管压溃响应的有限元模型。最后，将试验设计方法、代理模型技术、多目标优化算法和蒙特卡罗模拟技术相结合，对Al/CFRP混合方管分别进行多目标确定性与可靠性优化设计，并对效果较好的可靠性优化解进行仿真验证。准静态压溃实验结果表明，Al/CFRP混合方管具有优异的耐撞性能；优化结果表明，可靠性优化解的约束可靠度相比于确定性优化解提高了10.96%，大大降低了失效概率，具有更强的实用性。研究结果有望对Al/CFRP混合薄壁吸能构件的优化设计提供参考。

为了提高表贴式永磁同步电机的电流环频率响应能力和转速响应性能，针对其无源控制器设计过程中因d轴、q轴电流存在耦合而造成期望互联矩阵未知参数过多的问题，结合电压前馈解耦控制，提出了一种基于电流解耦的无源控制器新型设计方法。首先，根据能量平衡原理和电压前馈解耦控制，构建基于电流解耦的表贴式永磁同步电机端口受控耗散哈密顿系统（port control Hamilton system with dissipation, PCHD）模型。然后，通过互联和阻尼配置的无源控制（interconnection and damping assignment passivity-based control, IDA-PBC）方法，完成表贴式永磁同步电机无源控制器的设计，并在设计过程中引入了电压前馈解耦控制，消除了d轴、q轴电流的耦合关系，使期望互联矩阵的未知参数由3个减少为1个。最后，搭建表贴式永磁同步电机测试平台进行实验验证。实验结果表明，当表贴式永磁同步电机的电流环采用基于电流解耦的无源控制器时，q轴电流响应频率由小于250 Hz增大为大于333 Hz；额定转速下的转速响应时间由0.16 s减小为0.11 s，超调量由2.0%减小为0.6%，稳态误差由5.98 r/min减小为1.15 r/min。研究结果可为永磁同步电机的无源控制器设计提供新思路。

针对RV （rotate vector）减速器在工作过程中存在的零件磨损导致传动精度下降的问题，建立了考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度动态可靠性模型，进行传动精度可靠性分析，并对关键零件的公差以及摆线轮的修形参数进行优化设计。以某重载RV减速器为研究对象，利用Archard磨损公式对摆线轮的磨损深度进行计算，分析轮齿齿廓磨损的分布情况，并基于数值仿真数据利用高斯过程回归模型预测磨损量；建立了含动态磨损的RV减速器传动精度可靠性模型，用蒙特卡洛法求解其动态可靠度；建立了以传动精度动态可靠度为约束条件，以加工成本最低、额定寿命周期内最大磨损量最小为优化目标的优化模型，采用多目标遗传算法求得最优解。结果表明；优化后摆线轮的磨损量略微增大，而减速器的加工成本明显降低；优化后减速器传动精度可靠度得到明显提高，在额定寿命6 000 h内的可靠度满足预期要求。研究结果可以为高精度RV减速器的设计提供参考。

为了克服大行程麦克斯韦磁阻驱动器在大气隙下漏磁大幅增加、气隙区磁场分布不均匀且非线性强烈等现象导致的磁场和推力解析模型精度较低等问题，利用考虑综合高斯函数的加权漏磁系数的磁路建模方法，改进了磁阻驱动器的三维漏磁分布计算方式，并得到了可准确描述其推力与输入电流函数关系的解析模型，从而为该类驱动器的设计及控制提供重要依据。首先，建立了大行程麦克斯韦磁阻驱动器考虑漏磁前后的工作磁路，分析了永磁偏置磁路的作用及使用永磁偏置结构后仍具有非线性的原因，并利用安培环路定律和磁路的欧姆定律以及磁场的可叠加性，建立了该磁阻驱动器的推力解析模型。然后，为了优化解析模型，提出了基于高斯曲线的加权漏磁系数计算方法，同时利用有限元仿真软件对大行程麦克斯韦磁阻驱动器的三维磁场分布及漏磁系数进行了分析计算，得到了考虑加权漏磁系数的推力解析模型。最后，搭建了大行程麦克斯韦磁阻驱动器推力测试系统，并通过对比优化前后解析模型计算推力与仿真推力和实测推力，验证了解析模型的准确性。结果表明，优化后解析模型的均方根误差仅为优化前的11.1%，其精度得到有效提升；同时，优化后解析模型计算推力与实测推力之间的均方根误差小于0.6 N，精度较高。研究结果对高端微纳制造装备与测量仪器中新型超精密驱动部件的设计有一定意义和参考价值。

随着3D打印零件复杂性和多样性的日益增加，单一材质的零件已无法满足各类特殊性能要求，功能梯度材料零件逐渐成为快速成型制造行业的研究热点。为满足功能梯度材料的制造要求，提出了一种基于坐标变换的功能梯度材料空间映射建模方法，该方法的关键是将几何信息与材料信息有效结合。首先，采用单梯度源法、多梯度源法构建功能梯度材料模型的材料空间，在遇到交叉梯度源模型时利用特定的相交算子以一定的权重比进行材料分布计算。然后，在几何空间与材料空间结合的过程中，巧妙地通过坐标变换将材料空间与几何空间的坐标系重合，实现将材料空间映射至几何空间，从而得到带有材料信息的功能梯度材料模型。通过修改梯度源、材料分布函数以及坐标变换方法即可获得所需的功能梯度材料模型。利用Visual Studio 2019软件和OpenGL编程语言对实例模型进行可视化分析的结果表明，所提出的建模方法相比于大部分估值建模、非估值建模方法可大大缩短建模时间，从根本上解决了某些算法所造成的储存空间不足和建模过程繁琐等问题。基于坐标变换的功能梯度材料空间映射建模方法为增材制造行业提供了一种新的建模方法，具有良好的应用价值。

川渝地区地形地貌复杂，可控震源在其乡村道路激振时存在激发信号畸变较大及激发能量耗散较大等问题。为了解决该问题，建立了可控震源道路激振模型，构建了可控震源道路激振效果评价体系，开展了川渝地区可控震源乡村道路激振效果研究，分析了可控震源道路激振能量耗散。结果表明：构建的激振效果评价体系能够较为全面地对川渝地区可控震源道路激振效果进行评价；相比碎石土路，可控震源在无缺陷水泥道路激振时传地能量减弱48.31%，地表接触中心点振幅下降77.44%，互作用力振幅下降18.18%，信号畸变增大34.69%，激振效果较差；道路缺陷对激振效果具有明显的减弱影响，圆形孔洞道路缺陷对激振效果的影响尤为突出，其中传地能量减弱54.94%，地表接触中心点振幅下降5.57%，互作用力振幅下降21.16%，信号畸变增大36.17%；川渝地区可控震源道路激振时，平板的结构能量耗散较大，约占系统总耗散能量的90%。研究结果可以为川渝地区可控震源乡村道路激振效果的改善提供理论指导。

为了解决传统坑道钻机在进行掘进巷道探放水作业时由于体积庞大而不便于快速安装和作业的问题，设计了一种掘锚一体机机载式探放水钻机。介绍了机载式探放水钻机的结构及其自动电控系统的总体架构，设计了控制系统的硬件，分析了其工作流程，进行了探放水钻机厂内和井下工业性实验，实验结果验证了所设计的探放水钻机控制系统的可行性。采用所研制的探放水钻机可以显著提高探放水作业效率，其具有良好的应用前景。

针对服装、包装等加工行业中须将人工测量的纸质图纸或模型样件的尺寸信息录入计算机并转换成电子加工图纸而导致的加工周期长、生产效率低的问题，提出了一种基于机器视觉的平面加工机床控制系统，以实现对纸质图纸或模型样件的快速检测。采用“ARM+DSP”方式搭建了主从式运动控制系统，设计了系统各部分功能模块。构建了“工控机+工业CCD （charge coupled device，电荷耦合器件）相机+光源控制”的视觉检测系统，结合FAWS（feature adaptive wavelet shrinkage, 自适应特征的小波收缩）算法和麻雀搜索算法提出一种改进的FAWS算法进行图像降噪，并采用Canny算法进行图像边缘检测，实现图像轮廓的准确提取。设计了图像轮廓提取、轮廓数据转换为加工数据、数据通信等处理程序，实现了基于机器视觉的快速检测以及在系统加工过程中的人机交互。最后，对系统进行了实验测试，对实际加工效果进行了评价。结果表明，采用所研制的平面加工机床控制系统不仅能显著提高生产效率，而且能减小图像轮廓的误差。其性能稳定可靠，具有一定的工程实用价值。