随着机器人技术的发展,工业机器人广泛应用于自动化生产之中,极大地提高了生产效率以及自动化程度。轨迹规划是完成作业任务的关键环节,而轨迹优化则进一步提高了任务完成质量,也顺应了工业发展的需要。对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。首先,简述了关节空间轨迹规划算法,指出多项式插值是主要方式,B样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势。然后,对不同目标下的轨迹优化进行了全面综述,指出优化目标的确定以及算法的改进等还存在的问题。最后,对今后的发展方向进行了展望,多目标优化求解方式以及约束的动态调整等将是今后的研究重点。

渐开线齿轮的啮合过程分析是判断传动品质的重要依据，其中，接触应力、传动误差及啮合刚度是分析的重点。根据直齿轮TCA 模型，提取各接触点曲率半径，将齿面啮合接触简化为不同半径圆柱体对之间的弹性挤压。在考虑齿间载荷分配的情况下，运用Hertz原理对齿面进行了承载接触分析。分析表明，通过该方法得到的结果与有限元及实验所得结果相符，接触应力最大值相差0.74%，传动误差及啮合刚度规律一致。该方法可反映齿面接触的动态过程及啮合刚度。

随着风电、高铁、航空等重大装备向着高可靠性、长寿命、智能化的方向发展，对齿轮、轴承等基础零部件的寿命提出更高的要求，也迫切需要更为科学、高效的疲劳寿命预测方法。机械零部件的寿命预测方法可分为基于物理失效模型、基于数据驱动模型和基于融合模型3种。随着零部件寿命预测研究向高精度、高效率发展，基于物理模型的寿命预测方法由于其模型复杂、耗时、不具有普适性等缺陷难以满足现代需求。基于数据驱动技术由于其具有无需知道其具体失效机理、预测结果准确等优点，且伴随机器学习、深度学习等技术的迅速发展，使得其成为零部件疲劳寿命预测研究的热点。鉴于此，详细阐述了基于数据驱动的机械零部件疲劳寿命预测方法，并详细介绍了神经网络、支持向量机、随机森林、深度学习等数据驱动方法在零部件寿命预测中的应用，总结了每种方法的特点，探讨了基于数据驱动的零部件寿命预测方法的发展趋势，并给出了基于GA-BP神经网络齿轮接触疲劳寿命预测研究的案例。

为解决齿轮箱故障振动信号信噪比低、故障特征提取难的问题，提出了基于参数优化变分模态分解（VMD）的齿轮箱故障特征提取方法。首先，以分解结果的局部极小包络熵最小为目标，利用果蝇算法搜寻VMD分解参数K和α的最优组合；将原始信号分解成若干IMF分量，从中选择包络熵较小的分量进行信号重构，并对重构信号进行包络解调运算，从重构信号的包络谱中提取故障频率特征。结果表明，利用此方法对实测信号进行处理，成功降噪、提取齿轮箱故障特征，并且比利用经验模态分解方法降噪效果更好，提取的故障特征更加明显。

谐波减速器作为一种传动比大、传动效率高、传动精度高、传动平稳、噪声低的高性能精密减速传动设备，在工业机器人、航空航天等多个领域中得到越来越广泛的应用。谐波减速器需要进行完整综合测试实验以保证其性能的可靠性。结合国内外学者对谐波减速器测试技术的研究工作和进展，从传动精度、力矩、刚度、寿命和测试系统综合5个方面进行了阐述，并分析了谐波减速器测试技术的发展趋势。

结合机器人技术与数控加工技术，设计了一种3自由度高刚度机器人。通过对加工要求的分析，确定了3自由度结构，并进行了多自由度空间的理论分析，确定了结构设计方案；在机器人各轴添加制动器夹紧机械臂上制动盘的结构方案，改善了机器人的末端刚性。

为正确评估不同标准中的齿轮强度计算结果，分析和比较了我国航空工业标准（HB）与国际标准化组织标准（ISO）计算锥齿轮齿面接触疲劳承载能力的差异。通过计算方法比较和实例计算对比两种途径，找出了两种标准计算公式的差异、修正系数种类、取值上的差异及其对计算结果的影响。研究结果表明，ISO标准比HB标准考虑的影响因素更多、范围更广，特别是在动载系数计算上存在较大差异，使得ISO标准计算接触应力基本值更小、计算接触应力相当、许用接触应力更大。

无动力外骨骼助力机器人具有无能耗、成本低、使用便捷等优势,可广泛应用于工业制造、医疗康复等多个领域。系统阐述了无动力外骨骼助力机器人的定义与分类,介绍了助力原理;绘制了国内外典型无动力外骨骼助力机器人机构运动简图并简述了相应的结构原理;最后根据调研结果归纳了现阶段存在的不足、需要突破的关键技术等。对于无动力外骨骼助力机器人的研究与应用具有一定的参考价值。

与ISO 6336： 1996相比，最新版的ISO/FDIS 6336-1～3： 2019内容发生了较大变化，特别是斜齿轮螺旋角系数的计算发生了颠覆性的变化。为便于读者了解新版ISO 6336的变化情况，介绍了ISO 6336不同版本内容的主要变化，分析了螺旋角系数、单对齿啮合系数修正前后对安全系数的影响，并结合实例讨论了螺旋角对接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算结果的影响。

为发挥履带可变形机器人最佳越障性能，保证机器人在变形过程中履带长度不变且持续张紧，将椭圆定理和椭圆规原理应用于机器人构型设计，研制了一种新式履带可变形机器人。通过引入后摆臂，丰富了机器人构型变化，机器人重心在前后摆臂转动过程中有较大程度的调节，提高机器人的越障性能。建立坡道、台阶和沟壑等典型障碍的数学模型，对机器人翻越障碍进行步态规划和运动机理分析；建立机器人越障的运动学和动力学模型，分析机器人越障的临界条件和最大数值，利用Adams对越障进行仿真实验，结果验证了理论计算值的准确性和机器人的越障性能。

单曲柄双摇杆式翻板机驱动机构，实为两套共驱动轴的正置式曲柄摇杆机构，但两曲柄具有一相位差。在分析驱动机构工作原理的基础上，给出了其综合问题的准确表述，即：已知机架长度和摇杆摆角，按许用传动角综合正置式曲柄摇杆机构。推导出这类机构最小传动角与杆长及摇杆摆角之间的解析关系，分析最小传动角接近其上确界时的杆长及最大杆长比变化趋势，进而建立了按许用传动角综合正置式曲柄摇杆机构的解析法。给出了翻板机驱动机构综合实例，性能参数分析结果验证了综合方法的正确性和可行性。

基于光栅动态测量方法，建立一套齿轮传动误差测试和数据处理装置和系统，实现齿轮传动误差的精确测试。根据成型法加工原理，建立含齿轮装配误差、制造误差和修形的精确有限元分析模型，并仿真试验的过程，比较仿真结果与试验数据，验证仿真模型的正确性。

针对外星复杂的地表环境，基于2-UPS/（S+SPR）R闭环并联机构，设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态，利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性，并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中，机械腿运动平稳，速度、加速度变化较为平滑，不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击；且在抬腿和着地瞬间，速度、加速度均为0，不会对机身产生冲击。分析结果表明，该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳，适用于外太空的探测。

为了研究某型号滚珠丝杠受角振动驱动速度和高载荷加载时的动力学特性，基于显式时间积分方法，建立了考虑滚珠出入反向器过程的柔体动力学模型与对照模型。两者动力学特性的对比结果表明，高载荷下运行的滚珠丝杠有一定几率出现瞬间卡滞现象，该现象源于滚道内滚珠与反向器内滚珠的碰撞及滚珠出入反向器时的滚珠法向力加载与卸载等过程的共同作用。研究结果为以提高滚珠丝杠动态性能为目标的优化设计提供了参考。

斜盘动力机械从特种发动机拓展应用到通用动力机械领域须考虑其转速稳定性、动平衡性能和生产制造等多方面的因素。利用一对弧齿锥齿轮的章动运动驱动转缸式斜盘发动机的机体转动的理念，设计了一种新型斜盘发动机，使汽缸盖与气缸之间存在相对角位移，进而实现差速配气。该方案取消了行星齿轮系，减少了动能损耗；同时，采用弧齿锥齿轮代替传统直齿锥齿轮的结构，降低了振动和噪声，优化了配气系统布置。通过SolidWorks建立三维模型并联合Adams平台对其仿真对比分析，结果表明，与传统的转缸式直齿锥齿轮和定缸式直导槽方案相比，该结构方案具有良好的转速稳定性能，且能有效地控制振动。

针对老年人和身体残障人士安全地爬楼和在地面上高效移动的需求，设计了一种行星轮式电动爬楼梯轮椅，详细介绍了该轮椅机构组成、控制系统及其功能特点。通过建立基于拉格朗日方程的行星轮组动态模型，研究了不同等效转矩下行星轮组的角加速度曲线，详细分析了轮椅在爬楼梯过程中的稳定裕度。研究表明，防倾翻支架能有效地提高轮椅爬楼的稳定性。该行星轮式爬楼梯轮椅能够安全有效地帮助老年人和身体残障人士，满足日常出行与攀爬楼梯的实际需求。

四足机器人的单腿是整机的主要支撑单元，同时也是四足机器人底层的运动单元。因此，单腿的设计会直接影响四足机器人的运动能力。针对四足机器人最为常见的Trot 步态运动特点，设计了一种能适应Trot 步态的新型单腿结构，并从尺寸优化的角度对该新型单腿进行结构优化。数值计算的结果表明，优化后的单腿在增大工作空间范围、减小驱动力矩等方面提升显著，可作为底层结构集成到四足机器人整机系统中去，同时也为四足机器人本体的结构设计提供了一定的理论参考。

驱动桥壳作为汽车的重要承载部件，必须满足刚度和强度的要求，传统的设计理念为了保证性能需求，一般采用冗余设计。通过CAD/CAE的一体化建模技术，采用三维数学模型与有限元模型之间的联合设计，基于OptiStruct的尺寸优化算法实现驱动桥壳的轻量化设计。利用CATIA创建驱动桥壳三维数学模型，导入HYPERMESH进行前处理，设计与提出计算工况和边界条件，进行静力学、动力学分析、疲劳分析验证驱动桥壳满足使用标准，再在OptiStruct求解器做优化分析，经过多次迭代计算，得到分析结果。优化后的桥壳成质量为152.042 kg，减少了50.075 kg，减重达到24.78%，然后对优化后驱动桥壳进行分析，最后对试制的优化后桥壳进行疲劳台架试验，分析和试验结果表明，优化后桥壳满足试验标准，对同类型的轻量化设计有一定的参考价值。

以RV160E（Rotate Vector）为研究对象，对RV-E减速器的装配序列进行研究。通过对RV160E子装配体和聚族零件进行划分，建立了装配模型图、装配关联图及装配关联矩阵。应用割集理论对RV160E的装配序列进行研究，通过引入约束条件，得出8条理论可行装配序列。然后，通过SolidWorks进行装配序列仿真和干涉检查，将可行装配序列范围缩减到4条。最后，完成RV160E的整机装配，并对其进行了效率和回差测试，验证了所得4条装配序列的可行性。

新版齿轮精度标准GB/T 10095.1—2022已经发布，《齿条精度》标准是参考齿轮精度标准编写的；齿条的制造技术、加工精度也发生了很大的变化，更要求对《齿条精度》标准进行修订。新版(2022版)《齿条精度》标准相比旧版（1988版）标准发生了很大的变化。将新旧版《齿条精度》标准进行对比，发现新版《齿条精度》标准中：术语和符号发生很大变化，与GB/T 10095.1—2022 相一致；修改了齿廓总偏差的定义；更改了精度等级表示方法；增加了海洋平台升降用火焰切割大模数齿条的零件检测方法，以及齿条生产过程中可选用的5种测量工具。对修改、增加等部分进行了分析。

提出了一种展示结构与功率流特性关系的图解分析模型,对可能存在的结构型式与效率进行了探究。研究表明,循环功率的存在与否由结构本身决定,与结构中特性参数P无关;提出了6种传动比范围较大的结构型式;结合分析模型对传动比和效率的关系进行了探讨,得知在特性参数P∈[3,8]条件下必然存在循环功率的传动比区间。最后,结合该方法对某方案进行效率分析,以改变齿比的方式提升了效率。

针对机器人运动轨迹求解过程中，因5次多项式插值法而产生的突变现象，提出一种改进的5次多项式插值法。以某公司生产的ER3A-C60型工业机器人为研究对象，首先采用标准D-H参数法建立了机器人的连杆坐标系，然后创建机器人仿真模型并进行运动学正解、逆解的求解，做出了机器人末端的工作空间点云图。在求解机器人运动轨迹过程中，提出了一种5次多项式插值与B样条插值相融合的方法以消除突变现象，经实验对比论证后发现，优化后的关节相关曲线更加光滑平稳，能较好地消除突变现象，避免了机器人在运动过程中因振动和冲击的发生而影响机器人使用性能和寿命。

行星齿轮传动因具有较大的传动比和较高的传动效率而被广泛应用于机械传动系统中。在行星齿轮箱中，太阳轮通常被设置为浮动的，以平衡各行星齿轮之间的负载。但是，太阳轮的浮动设置将导致啮合过程中的压力角、重合度和啮合相位的变化。在以前的研究中，这些参数被近似为常数。为了研究动态参数对行星齿轮箱在不同工况下振动响应的影响，建立了行星齿轮箱集总参数模型，该模型包含时变压力角、时变重合度和时变啮合相位。基于该模型，分析了太阳轮的振动机理，并与恒定参数模型进行比较，揭示了由这些动态参数引起的相位调制规律。通过比较不同负载和转速下的动态响应，研究了不同工况条件下的相位调制。

目前，大多数机械臂在工作过程中运行时间不为最优，为了提高机械臂的工作效率，提出了一种基于复合形法的时间最优机械臂轨迹规划方法。该方法以5-7-5多项式插值法作为轨迹规划的基础，并以运动角度、运动速度以及运动加速度作为约束，采用复合形法进行优化，得到满足运动要求的时间最优运动轨迹。以FS20N机器人为对象进行研究分析，并导入MATLAB进行验证，仿真结构表明，复合形法有效地优化了时间。

关节电机是足式机器人核心部件之一，其动态响应直接影响着机器人的性能。其中的行星减速器属于精密机械传动机构，其传动精度与关键零件的变形密切相关。利用Adams建立了关节电机行星减速器刚柔耦合动力学仿真模型，模拟在启动过程中的瞬态输出特性。模型中对关键零件进行柔性化处理，设置各零件间的运动副约束，利用Hertz接触理论计算了行星轮与太阳轮、内齿圈的接触刚度系数。仿真结果表明，关节电机的动态特性与加速时间和惯性载荷密切相关，较大的加速时间与较小的惯性载荷有利于提高其动态性能。

介绍了国内外面齿轮加工的发展历程、加工原理与方法，并概括了面齿轮在航空航天领域的应用；按照面齿轮不同的加工方法，阐述了国内面齿轮加工的进展与成果，并指出国内面齿轮加工技术的不足。最后，结合实际发展需求，提出了面齿轮应该遵循高质量、高效率和可持续绿色发展的加工理念。

变速箱是履带车辆核心部件之一，为了能够准确描述变速箱运行过程中内部的耦合特性，在建立变速箱多刚体模型的基础上，将其中箱体、传动轴及轴承柔性化，建立了变速箱刚柔耦合动力学仿真模型。以某实际工况为例，对比分析了刚性模式和刚柔耦合模式下齿轮副动态啮合力的变化规律，得到了各传动轴的载荷特性及箱体表面加速度的时频域曲线，并利用台架实验对变速箱刚柔耦合模型的准确性进行了验证。仿真过程及结果为后续履带车辆变速箱状态监测与故障诊断的研究提供了模型和理论依据。

谐波齿轮减速器的间隙空程来源复杂，是影响机构运动精度的主要因素。根据谐波减速器的工作原理分析，引起间隙空程的主要因素是零件扭转变形（柔轮和输出轴）、柔轮刚轮齿侧间隙和柔性轴承的径向游隙；运用渐开线、材料力学和刚度等理论，建立了间隙空程与上述因素的数学模型；开展了某种谐波减速器的间隙空程测试，实测结果与理论计算值吻合。

介绍了利用C#语言及SolidWorks二次开发技术对RV减速器数字化设计的关键技术和方法，深入研究了RV减速器参数化的过程，实现了从输入整体目标参数到零件具体参数的数字化过程，开发了RV减速器参数优化设计的CAD系统平台，并结合数据库实现对零件参数的管理。

针对直齿锥齿轮啮合刚度的计算问题，将其齿形转换成齿宽中点处的当量直齿圆柱齿形，再把当量齿轮的轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁，通过能量法计算分析了单齿啮合刚度；基于位移容差的原理，进一步提出了齿轮时变啮合刚度计算模型；将其与有限元计算结果对比，并分析误差来源，完成了计算方法的验证。文中提出的计算方法不仅进一步丰富和发展了齿轮刚度的计算理论，对齿轮动力学的研究也具有重要意义。

单排链驱动的自动扶梯经过多年的服役，磨损和老化严重，存在很大的安全隐患，也已经不符合最新的国家强制检验标准，将单排链驱动改为双排链是一种既经济又有效的改造手段。以济南贵和购物中心8台扶梯改造为例，详细阐述了自动扶梯的双排链传动设计方法与改造施工工艺。根据扶梯工况与性能要求，对双排链传动系统进行了设计计算，尤其是大、小链轮尺寸的计算与校核，并对链轮进行了结构设计。现场应用证明了所提出的双排链设计方法和施工工艺的正确性和可行性，可为其他类似的自动扶梯改造工程提供借鉴。

对8绳6自由度绳驱并联机器人进行支撑刚度分析，基于刚度模型进行了力/位混合控制研究。首先，对绳驱并联机器人进行系统描述；接着，根据矢量封闭原理进行运动学分析，并对动平台进行受力分析，推导出静力平衡方程；然后，在操作空间通过刚度矩阵建立负载变化与位姿变化之间的关系，推导出支撑刚度的解析表达式，进而分析了影响支撑刚度的因素。另外，考虑系统刚度、动平台位姿精度和力控制稳定性等因素，综合出力/位混合控制器。仿真结果表明，在系统刚度基础上提出的力/位混合控制策略有效降低了动平台的位姿误差。最后，通过实验验证了刚度模型与力/位混合控制策略的准确性和有效性。

为探讨2K-H行星齿轮传动系统的均载性能，建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差等非线性因素的平移-扭转耦合动力学模型，推导了系统的无量纲化18自由度的微分方程组。通过求解微分方程组，分析中心构件的支承刚度以及间隙浮动对行星轮系均载性能的影响。结果表明，在一定范围内，随着中心构件支撑刚度的减小与轴孔间隙的增大，构件的浮动量增大，系统的均载系数减小。

在变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）中，因为分解层数k值属于自定义变量，所以在取值时分解结果会随着k值的变化而得到不同的结果，k值的取值直接影响着结果的准确性，k值取得过大或者过小都会对结果造成影响。基于以上问题，提出了一种利用峭度确定k值的方法。选取k值为2~n的整数，计算当k值为2~n时，每一个k值相关系数最大分量的峭度，并绘制峭度的变化曲线，若在该曲线内峭度没有峰值且单调递增，则继续计算当k为n+1时相关系数最大分量的峭度值，重复以上步骤，以峭度最大作为优化的标准，当峭度最大的时候，k为最佳值。用实际故障信号验证了方法的可行性，为VMD方法的研究提出了一种新的思路。

为研究在基于道路坡度识别的前提下，单轴并联式混合动力汽车进行主动模式切换的控制策略，在Matlab上建立了混合动力汽车的整车数值模型以及道路坡度模型。在对道路坡度识别的基础上，通过模型预测的方式对下一时刻混合动力系统的车速及需求转矩进行了预测。根据需求转矩以及电池在当前时刻和下一时刻的SOC确定混合动力汽车的工作模式，在先确定工作模式的基础上以燃油消耗最小为目标函数，以动态规划算法进行实时的最优转矩分配；在保证经济性的前提下，使混合动力系统达到在即将上坡时刻“换挡”，满足驾驶员的动力性和驾驶性需求。

铰间隙和连杆柔性是影响机构动力学性能的主要因素，其决定了机构运行的可靠性。以曲柄连杆机构为对象，采用Lagrange 乘子法建立了耦合连杆铰间隙和连杆柔性作用的动力学模型。在此基础上，系统研究了间隙大小、连杆柔性及其耦合作用对机构动力学输出响应的影响。结果表明，同一运转周期内，碰撞主要集中在运动前期靠近曲柄或连杆的两侧；间隙增大，加剧铰接构件间的碰撞，碰撞力和相互嵌入深度的振荡幅值明显增大，会降低轴心轨迹的稳定性；适当的构件柔性处理可以缓和间隙引起的碰撞冲击。

针对柔轮小型化、轻量化、高谐振频率的设计需求，以柔轮内径、长径比、厚径比和齿宽系数为研究变量，基于有限元软件Ansys，采用响应面法参数优化分析探究了各参数变化对柔轮固有频率的影响。结果表明，在柔轮小型化的设计过程中，柔轮内径和长径比的减小会引起其固有频率的增加，厚径比和齿宽系数的减小会导致其固有频率增大；但其固有频率都大于减速器工作的激励频率，因此，不会发生共振，不影响正常工作。

追溯了齿轮制造技术的发展历程，比较了三代制造技术的特征，阐释了“无应力集中”抗疲劳制造的先进性。探讨了作为关键基础技术的3种齿轮表层硬化精密热处理技术--渗碳、氮化、感应淬火的工艺发展状况、先进工艺及力学性能等，从优化控制表面变质层的硬度梯度、残余应力场、组织结构及减小热处理畸变入手，创新发展齿轮的精密热处理，大幅度地提高齿轮的抗疲劳性能，从而解决齿轮结构重、寿命短、可靠性差的“三大问题”。预测齿轮抗疲劳精密热处理的发展趋势是“超硬化”、“深层化”、“复合化”、“真空离子化”等。

为了实现机械臂在复杂环境下准确、快速抓取目标物体，提出了一种多种群蚁群算法。首先，利用机械手臂运动学方法建立了数学模型进行分析；然后，根据自适应度函数不断调整机械臂的旋转角度以达到全局最优；最后，通过仿真实验，并与现有的机械手臂路径规划算法进行了对比。结果表明，该算法在抓取时间和精准度上具有一定的性能优势。

珩齿已经成为齿轮精加工的一种重要方法。研究珩齿加工机理，准确把握珩削速度和磨粒粒度等因素对齿面粗糙度的影响大小，对于提升被加工齿轮表面质量有着重要意义。根据内齿珩轮强力珩齿加工特点，通过对内齿珩轮和工件相对运动的分析，建立了内齿珩轮与加工工件表面各点运动线速度方程；基于实际加工参数，应用经典磨削理论实现对珩齿加工工件粗糙度的预测，探究齿面不同齿高处粗糙度变化规律；使用三维形貌仪对内啮合珩齿工件齿轮表面粗糙度进行测量，并将粗糙度预测结果和测量结果进行了对比分析，验证了该规律的正确性。研究对提升珩齿加工质量具有重要意义。