当前人形机器人技术正在加速演进，已成为全球科技创新与产业升级的新高地。在“人本智造”理念下，人形机器人作为具身智能的重要代表，具有广阔的发展前景。针对人形机器人技术多学科交叉、体系复杂与高度集成的特点，结合该领域的最新研究成果与发展动态，综述人形机器人的技术现状及发展趋势。首先，介绍人形机器人的定义与发展历程，从技术水平、产业格局、政策支持等方面描述国内外现状，对比总结典型技术发展特征与产品特色。重点剖析了核心零部件、环境感知与场景理解、步态控制与灵巧操作、具身智能与大模型、人机共融与交互、操作系统与工具链等关键核心技术，讨论其实现途径与当前研究进展。进而，介绍人形机器人在特殊服役环境、智能制造、家庭及社会服务等领域的典型应用，并探讨其在新兴应用领域的拓展潜力。进一步，围绕技术瓶颈和应用难题，分析当前人形机器人发展面临的主要挑战。最后，针对以人形机器人为代表的具身智能在多模态垂直大模型、高算力仿真训练平台以及安全与伦理等方面的发展趋势进行了展望。希望在总结把握人形机器人前沿技术发展动态的同时，为相关研究人士提供参考与启发，助力推动我国人形机器人技术进步与产业化发展。

欧盟工业5.0赋予了智能制造新的时代内涵——以人为本，促进了人本智造(以人为本的智能制造)的快速发展。作为人本智造的核心范式之一，人机协作已成为近年来工业制造领域的研究热点。因此，对人机协作的过去和未来进行全面分析：梳理人机关系发展与演变，探讨人机协作模式的迭代与融合，归纳人机协作在多个领域的典型应用，展望人机协作未来发展愿景与技术突破方向。从工业化发展历程与人机共情程度的耦合关联中，阐述人机关系的发展与演变过程。基于人机关系及其协作特点，对制造系统人机协作模式的迭代与融合进行分析与总结。归纳人机交互、人机协同和人机共生三种人机协作典型模式在产品装配、机器人控制、自主驾驶等领域的应用，讨论不同人机协作模式在实际应用中存在的不足与挑战。展望人机协作未来愿景与发展方向，探讨未来人机协作时代需要突破的新技术、新理论，以期促进制造系统人机协作迈向人本智造新的层级。

随着新一代信息技术与制造技术的持续深度融合，以人为中心的智能制造范式正在重塑传统工业生产模式，人体行为识别技术作为实现人本智造的关键使能技术，主要研究人体行为语义的智能识别与理解，展现出广阔应用前景。对工业场景中人体行为识别技术的发展现状、关键挑战与应用前景进行系统探讨，有助于推动人本智造的理论发展与创新实践。首先，以人体行为识别技术的发展脉络为基础，深入分析人体感知、行为建模和行为识别等核心技术的演进过程，为人体行为识别技术的工业化应用奠定技术基础；其次，针对工业场景的特殊需求，重点讨论多模态鲁棒感知系统、多尺度行为理解框架、融合意图理解的人机协同及工业场景的优化部署等关键技术的研究现状；在此基础上，对工业场景人体行为数据集进行系统化分析和质量评估，并重点阐述人体行为识别技术在生产安全管控、生产调度优化、工艺改进和行为改善等典型应用场景的实践进展；最后，结合空间智能、生理认知融合、多模态大语言模型等新兴技术，展望工业人体行为识别技术的未来发展方向。

绳驱机器人因其惯量小、质量轻及作业范围广等优势受到了研究人员的广泛关注。然而，绳索固有的柔性和单向传力特性给绳驱机器人的精确控制带来了挑战。为实现其高效、精准的运动控制，需要从绳索张力分布、机器人动力学以及机器人控制等多方面展开深入研究。综述了绳驱机器人领域的研究进展，首先，探讨了零空间法、几何法和最小二乘法等绳驱动机器人张力计算及优化方法，并比较了这些方法的优缺点及适用范围；其次，总结了拉格朗日法、牛顿欧拉法和虚功原理等在绳驱机器人动力学建模上的研究进展，并比较了不同方法在绳驱连续型机械臂动力学建模上的优缺点；再次，总结了绳驱机器人控制的研究进展，并比较了基于模型与无模型的绳驱机器人控制策略；最后，对绳驱机器人的研究现状进行了总结，并对其未来发展趋势提出了展望。

非侵入式脑机接口(Brain-computer interface, BCI)技术作为一种新兴的人机交互方式，在机器人控制领域展现了广阔的应用前景。首先概述其发展背景与重要性，并深入探讨脑电信号的生理基础，阐明脑电图(Electroencephalography, EEG)以其无创性和便捷性成为BCI系统的常用测量手段。随后，分析了典型BCI范式的优劣特点和适用场景——包括主动式如运动想象、反应式如稳态视觉诱发电位(Steady-state visual evoked potential, SSVEP)、事件相关电位P300，以及结合多种范式优势的混合范式，展示了这些范式如何实现复杂且高效的机器人控制任务。此外，系统地介绍了EEG信号采集、预处理及模式识别的关键步骤，强调了深度学习在提高解码精度方面的作用，同时也指出了其面临的挑战，如数据量需求大和模型解释性差。最后，总结了BCI技术的发展趋势和研究挑战，提出了推动非侵入式BCI技术在实际机器人控制应用中进一步发展的方向。综上所述，不仅对非侵入式BCI技术在机器人控制领域应用进行了探讨，还强调了该技术在未来可能带来的变革性影响，为后续研究提供参考和启发。

随着生成式人工智能的快速发展，机械设计领域迎来新的变革。设计理念正逐渐由传统的“计算机辅助+人工经验”发展为具备高级智能化的“历史设计数据与知识+生成式模型”，具体设计行为由“人工建模”发展为“生成式建模”，机械产品设计驱动由人工经验发展为数据知识。针对这一种发展趋势，提出了新的机械设计理念：智能生成式设计，阐述了智能生成式设计的内容组成、核心运行机制、设计特点、关键技术等。在此基础上，探讨了智能生成式设计在机械产品设计上的应用价值，为机械产品的设计指明新趋势和发展方向。

作为新型储能器件的代表，锂离子电池因其优异的性能表现与环保特性得到广泛应用。然而，无论是低速充电导致的漫长充电时间，还是快速充电导致的电池退化仍然是阻碍锂离子电池进一步推广与发展的关键问题。鉴于此，对锂离子电池的快速充电策略进行设计成了近年的一个研究热点。为了总结研究进展，从快速充电策略设计的核心内容充电问题描述、电池模型建立、充电方法设计三个方面对现有的研究进行了系统的综述。首先，介绍快速充电策略设计的研究背景，调查充电问题的优化目标、约束条件、设计变量的设置方式；然后，简述锂离子电池的内部机理与几种常用的电池模型，并归纳融合机器学习的建模方法；接着，重点分析现有的不同充电方法，并根据方法特点进行分类与讨论；最后，基于研究现状总结未来的可能研究方向，希望为学者提供研究思路以设计更高效、更易应用的快速充电策略。

工业元宇宙是元宇宙技术在工业领域的垂直应用，重塑了工业领域生产制造模式与工业生态。随着工业5.0的兴起，以人为本的智能制造(人本智造)理念逐渐引起关注。围绕人本智造系统的工业元宇宙开发，实现了两大新兴理念的深度融合，并展现出巨大的研究价值与潜力。提出面向工业元宇宙的人本智造系统数字孪生建模与分布式虚拟协作方法，旨在解决工业元宇宙的人的数字孪生模型快速定制以及多人在虚拟制造场景高效协作的难题。建立基于元模型的人的数字孪生快速定制方法，借助机器视觉实现人与数字孪生模型的虚实映射与动态交互，融合制造系统生产要素模型奠定工业元宇宙的模型基础。提出面向元宇宙空间的多人协作方法，建立服务器-客户端分布式接入框架，实现多人的数字孪生集成与交互，为多人异地、实时在线的虚拟制造场景高效协作提供支撑。通过人本智造系统的双人协同上下料场景验证该方法的有效性。

新概念、长寿命、可重复使用航空航天器对传统高强铝合金薄壁构件的制造工艺和服役性能提出更高要求，如何实现该类复杂构件的高性能成形制造是当前亟待解决的难题。分析高强铝合金薄壁件整体成形技术存在的巨大挑战，在发现铝合金超低温“双增效应”的基础上，概述高强铝合金超低温成形技术的提出背景，综述分析近年来国内外学者在铝合金超低温变形双增效应与微观机制、超低温宏微观变形原位测试方法、超低温成形工艺与关键技术、超低温成形装备与典型应用等方面的研究进展，展望铝合金超低温成形技术未来的发展方向，为制造高性能航空航天器、电动汽车以及新能源储运装备等铝合金整体复杂曲面构件提供新途径。

微型共轴无人机因其独特的结构和性能优势，在各种复杂环境中表现出色，尤其是在执行高复杂度和狭小空间内的任务，例如军事侦察、灾害救援等领域。对微型高机动共轴无人机的操纵机构和飞行控制算法的研究现状与进展进行了全面综述。在操纵机构方面，介绍了倾斜盘、重心偏置、下置舵片、电机周期控制和电磁线圈驱动等操纵机构的调姿原理和设计特点，并对比了它们的尺寸参数及主要特征。在飞行控制算法方面，阐述了传统控制方法和先进控制方法的原理及应用。最后分析了微型无人机的发展特点及未来趋势，并对未来趋势进行了展望，指出多种操纵系统的融合协同工作将是未来发展方向，以满足日益多样化和复杂化的任务需求。

在工业4.0迈向工业5.0的过程中，以人为本的智能制造(人本智造)是智能制造的创新发展范式，旨在以人的福祉为核心价值，重塑人在生产制造过程中的主体地位，推进未来工业迈向以人为本、可持续性、韧性。对人体运动行为进行分析，是理解人的运动意图，推动人本智造创新发展的关键。以面向人本智造的人体运动数字孪生研究为切入点，梳理人体运动建模、人体运动感知、人体运动分析等使能技术及其研究进展。重点围绕单元级、产线级、车间级三个维度，讨论人体运动数字孪生在人本智造领域的典型应用。最后，对面向人本智造的人体运动数字孪生进行展望。

航空发动机的大推重比发展趋势刺激了涡轮叶片气膜冷却孔的高质量加工需求，而超快激光一方面由于其近似“冷加工”的性质在无重铸层、低孔壁粗糙度等微孔加工领域表现优异，另一方面兼具无材料选择性、非接触式、柔性加工等特点在微纳加工领域应用广泛，因此，气膜冷却孔的超快激光加工逐渐成为研究热点。然而涡轮叶片作为典型的薄壁腔体类零件，激光穿透叶片照射到空腔内壁引发的烧蚀损伤问题始终难以解决，后壁防护技术随之越来越受重视。立足于气膜冷却孔的超快激光加工，首先归纳总结了超快激光微孔加工的烧蚀机理及仿真案例，点明仿真分析和实验对照已经构成了激光加工的普遍研究方案；随后从激光参数、扫描方式、加工步骤等三个方面对比分析了超快激光气膜冷却孔加工的工艺路线及具体加工效果；在此基础上进一步总结了材料填充、工艺调控等后壁防护关键技术对高质量气膜冷却孔加工的重要作用，明确了填充材料的填充、取出、防护等性能需求，确定了工艺调控的可行策略及辅助作用，最后指出了超快激光制孔工艺研究的关键目标以及后壁防护技术的系统性、协同性发展趋势，为气膜冷却孔的实际加工奠定基础。

谐波减速器作为工业机器人的重要组件，运行环境复杂多变，一旦发生故障造成巨大损失。考虑到实际谐波减速器振动数据采集难度大，故障样本量少且数据标签缺失，不同工况下数据分布存在差异问题，提出一种基于数字孪生的不同工况下谐波减速器故障诊断方法。首先，基于动力学建模方法构建谐波减速器故障数字孪生模型，获取孪生数据；其次，提出基于循环生成对抗网络的数字孪生虚实映射方法，实现孪生数据与实测数据的虚实映射；然后，引入改进的半软阈值函数构建深度残差收缩网络，抑制噪声干扰并提取特征，同时在无监督场景下对所提特征进行域适应处理，利用MMD减小领域间分布差异，实现不同工况下的故障诊断。最后，搭建谐波减速器故障模拟试验台并进行试验验证，所提方法在所有迁移任务中平均准确率可达99.2%，有效解决无监督场景中不同工况下谐波减速器的故障诊断问题。

分布式驱动电动汽车利用差动扭矩产生直接横摆力矩(Direct yaw moment, DYM)，有效提高车辆的操纵性和可控性。然而，DYM 是由额外的纵向轮胎力产生的，很可能超过轮胎力约束区域。任意施加 DYM 会导致车辆在极限工况下发生侧滑等危险行为。因此分析极限工况下，保持车辆稳定时最优横摆力矩和期望驱动力的输入边界具有很高的研究价值。考虑到 DYM 和驱动力均与驾驶人的操纵有关，为此，提出一种新颖的驾驶人操纵稳定域概念，以描述保证车辆稳定时驾驶人的可行操作范围，通过区分驾驶人期望驱动力和上层横向稳定控制器输出的最优横摆力矩的响应方式，将车辆分为了四种模态。在此基础上，基于线性矩阵不等式设计了模态判定准则，用于计算车辆稳定区域的边界，并确定最佳模态。最后，开发了一种多模态扭矩分配策略以满足不同模态下的控制要求，并充分考虑电机节能和电机机械疲劳。仿真和实车试验结果表明，与分布式扭矩分配策略和单一模态扭矩分配策略相比，多模态扭矩分配策略性能更佳，既缓解了操纵性和稳定性的矛盾，又保证了车辆在极限操纵时的安全性和节能性。

数控机床空间误差的建模分析与辨识一直是误差补偿的重要步骤。首先，论述了机床空间误差常用建模理论和辨识方法的研究历程及技术发展；其次，机床空间误差建模分析是进行误差补偿的重要前提。对机床空间误差建模理论进行详细的阐述和分析，包括刚体运动学理论、齐次坐标变化理论、D-H变换理论、多体理论、以及旋量理论等方法。再次，误差元素的准确测量和精确识别是实现有效控制的关键。对机床空间误差重点辨识方法的现状与发展趋势进行具体介绍和综合评述，包括激光干涉仪多线法、体对角线法、以及球杆仪、激光跟踪仪测量等方法。最终，综合机床空间误差的建模、检测、辨识三个方面，系统性地分析了现有数控机床空间精度改善中尚需解决的问题，强调了技术创新对于提高测量效率和准确性的重要性；并对未来的发展方向进行展望，对数控机床精度的提升具有一定的指导意义。

工业5.0引领制造业向以人为本的智能制造(人本智造)变革，制造系统中不同岗位和角色的人展现出更多样化和更全面的操作、智能和社会属性。针对生产调度这一典型场景，在人-信息-物理生产系统(Human-cyber-physical production system, HCPPS)的语义下，定义感知层-认知层-决策层贯通的智造回路环，从环内操作人融合的适应性创新、环上决策人融合的智能化创新和环外社会人融合的可持续创新这三个角度，构建多层次人本融合框架；并分别提出面向操作人融合的适应性调度技术、面向决策人融合的人-机混合智能技术和面向社会人融合的可持续协同优化技术；最后，以飞机脉动总装线典型调度场景为案例，验证了所提技术的有效性，为实现工业5.0的人本智造提供理论和技术实践参考。

随着数字化制造技术的迅速发展，企业数据库中已积累大量加工工艺实例。基于“几何相似则工艺相似”的基本原理，通过识别和提取相似的三维几何工艺信息，可有效实现工艺知识的重用，进而提升工艺决策系统的智能化水平，缩短产品开发周期。在数控加工工艺重用技术快速发展的背景下，系统把握其发展现状和未来趋势，为工艺设计人员提供全面的文献综述具有重要的理论和实践意义。研究从三个维度系统分析和总结了数控加工工艺重用技术的最新研究进展：首先，宏观工艺重用层面重点探讨产品整体加工路线的重用方法；其次，微观工艺重用层面聚焦于具体加工环节中工艺知识的精确提取与应用技术；最后，基于机器学习的工艺重用技术则聚焦于非结构化CAD模型数据的处理及其与工艺信息之间复杂的映射关系。这些研究成果不仅对提升工艺设计效率具有重要的理论指导价值，同时在促进工艺知识管理体系的完善方面也具有显著的实践价值。

针对传统的无人直升机起落架系统存在的智能化水平低和复杂地形着陆适应性差的问题，设计出一种基于多连杆构型的仿生腿起落架系统，作为原有固定式起落架的有效补充。在分析应用场景需求的基础上，给出仿生腿起落架的设计理念和总体构型，在基础上进行系统集成和验证技术的研究。首先，基于六腿式设计构型，提出仿生腿起落架的结构设计和驱动/ 控制系统设计方法；然后，用于某型无人直升机验证平台，构建仿生腿起落架物理样机，提出飞控-腿控-地形识别系统的协同控制与融合设计方法；最后，通过样机，完成了全机振动特性测试试验和地面共振分析、实验室承载能力测试、外场飞行着陆验证等试验。研究结果表明，多连杆仿生腿起落架可实现占最大起飞重量不大于25%的轻量化设计，能够在起伏不大于200 mm的非结构地形着陆，其驱动/控制设计方法有效实现了起落架着陆过程的缓冲和机身的稳定性控制，可作为起落架的有效补充，实现无人直升机的野外非结构地形自适应着陆，相比于传统起落架具备可折叠、着陆姿态调整、复杂地形适应等优点。

准双曲面齿轮作为一种在航空、特种车辆、精密传动领域广泛应用的复杂齿面空间传动，其啮合质量直接决定整机服役性能。尽管该型齿轮传动在设计理论、创成机理、形貌优化、加工制造等方面取得了显著进展，但高端装备日益苛刻的服役性能需求，对该型传动的正向设计提出了更高挑战。结合文献剖析、市场调研、课题研究，详细阐述了该型传动主动设计方法研究进展与发展趋势，着重介绍了该型传动的几何参数设计、制造参数计算、接触特性分析、齿面形貌优化等内容，详细分析了该型传动在人工智能大背景下面向高端装备服役需求的发展趋势，期望为该领域研究人员与技术人员提供相关理论技术支撑，推动我国准双曲面齿轮正向设计技术的发展。

管片拼装是盾构施工必不可少的关键环节，人工拼装管片方式效率低、安全风险高、拼装质量参差不齐，实现管片拼装流程自动化对于提高盾构隧道施工质量、提升作业效率、促进地下工程建造智能化具有重要意义。基于国内外学者在管片自动化拼装方面开展的研究工作，从管片自动排版、管片自动感知、拼装机自动运动、拼装机自动伺服控制4个方面进行了梳理总结，分析了管片自动拼装各方面的关键技术研究进展和不足。管片排版目的分为设计排版和施工期拼装点位选取，施工选点主要采用管片轴线拟合盾构机姿态，考虑参数有盾尾间隙、推进油缸行程差，但其权重系数的确定对施工经验依耐性较强；管片位姿感知方法分为接触式测量和非接触式测量，非接触式测量中基于图像的目标检测技术效果较佳，其算法精度及效率仍有待提高；描述拼装机机械臂位姿及运动主要采用D-H法，轨迹规划侧重于采用多项式曲线对运动路径进行平滑处理，减小对拼装机关节的磨损，管片拼装机正朝着具有冗余自由度的并联机构方向发展，其拼装效率和精度更佳；拼装机伺服系统采用比例阀控制精度较高，多轴联动的控制策略可有效提升管片拼装效率。最后对现有研究不足进行了探讨，并提出新的见解和方向。研究可为进一步提升管片自动化拼装技术和促进地下工程设备智能化提供参考。

面向集成多种生产要素的智能车间，实现各类资源高效调度以完成任务，对提高生产效率具有重要意义和价值。针对一类考虑多要素的柔性作业车间调度问题，提出一种高效的混合进化算法。首先，基于对问题背景和多要素运行情况的分析，以最小化最大完工时间为目标，构建了含工件、机器、AGV和工人四种生产要素的柔性作业车间调度模型。然后，针对模型中不同决策变量的特点，提出结合启发式和随机式的混合初始化策略，以生成高质量的初始种群。根据个体的四层编码结构，设计基于经典遗传算子的全局搜索方法。针对易于陷入局部最优解的困境，提出记忆机制导向的多邻域局部搜索方法，以增强算法的局部搜索能力。最后，基于标准测试集生成了多组适用的算例，并设计一系列试验以验证算法的性能。试验结果表明，混合初始化策略和多邻域局部搜索能够有效地改善算法性能。与领域中多种先进的算法比较，所提算法在调度方案质量上更具优越性。

低温加热技术是改善锂离子电池在极寒气候下工作性能的有效途径之一。针对交流加热现有的难题，提出一种新型交流脉冲自加热电路，进行仿真与试验分析，并制定加热策略：针对现有加热方法依赖外部电源或多组电池导致应用范围受限、热一致性差等问题，提出电流可调的并联式谐振结构，构建加热电路模型，支撑加热策略的开发；搭建测试平台，分析脉宽调制信号、电量、频率、串联个数等参数对加热性能的影响；根据测试结果，提出基于电路模型与开路电压曲线的加热控制策略，并设计了可切换式加热电路，改善了电池单体和模组的加热性能。试验结果表明，所提出加热方法在20 kHz的频率及2.7 C的电流有效值下可实现3.1 ℃/min以上的温升速率，并可在25%～100%电量范围内实施低温加热。

在复杂结构件数控编程过程中，由于机械加工工艺知识的多源异构及知识之间的关联复杂性，导致加工工艺知识重用困难。提出一种基于大语言模型的结构件加工工艺知识推荐方法，通过大语言模型的选择和微调，建立结构件加工工艺知识推荐的垂直领域模型，效果评估表明该模型可以针对具体零件特征推荐出相应的加工工艺。为解决模型无法获取最新专业知识且加工工艺推荐准确度低的问题，利用LangChain应用框架结合知识库对领域模型进行知识检索增强并构建工艺知识问答系统，通过相应指标评价，实现了该问答系统在原有领域模型的基础上F1值提升0.026，加工工艺推荐准确度在90%以上。在航空结构件数控编程的工艺决策应用中，该方法针对零件特征实现了相应工艺知识的推荐，与未使用本文方法的自动数控编程系统相比，框体类结构件数控代码生成效率具有一定提升，对提高数控编程人员的决策效率具有重要意义。

车辆动力学理论是汽车设计和控制的基础。随着汽车电动化与智能化快速发展，分布式、模块化与多冗余的新型底盘结构打破了传统车辆运动功能边界，车载、路测与网联等智能信息的引入也使车辆系统逐渐向物理信息系统演变。现有以“刚体-轮胎-路面”三要素为核心的车辆动力学理论体系难以统一化表征多运动形态的底盘动力学，更无法阐述多源外部环境信息与车辆之间的力学交互本质，其理论内涵与辐射范围凸显出模型构建通用性弱和环境信息包容性差两大局限。针对上述问题，提出一种广义车辆系统动力学理论架构，将底盘约束、车间作用与信息交互统一抽象为广义车辆系统内部的广义作用力，建立了涵盖机械、电子与信息多物理场耦合作用的动力学体系，丰富了传统“建模-估计-控制”理论内涵，形成了可指导高性能车辆底盘设计与协同控制的统一理论框架。

蒙皮是构成飞机气动外形的主要零件，具有大尺寸、薄壁(厚度2～6 mm)、型面复杂等技术特点，目前企业普遍采用人工比对划线-手动修切方式去除蒙皮边缘余量，存在人因累积误差大、装配质量难控等问题。视/力引导的高柔性大范围双机器人跟踪/测量-加工一体化为解决这一难题提供了新思路，但双机器人位姿同步标定难、加工位姿光顺难、轨迹精度控制难是制约蒙皮机器人铣削加工应用的主要瓶颈。上述难题可以归纳为空间位姿的同步解耦与位姿误差的定量控制问题，为此应用李群李代数封闭光滑特性重点围绕双机器人位姿同步标定、光顺加工轨迹生成与末端位姿闭环反馈控制开展研究，具体如下：第I部分提出双机器人跟踪/测量-加工一体化系统同步标定方法，建立机器人-跟踪系统运动模型和系统参数辨识方法，研究蒙皮零件光顺加工轨迹生成方法；第II 部分研究外部跟踪系统下的末端位姿闭环反馈控制模型，研制机器人末端闭环反馈控制系统，开展双机器人系统同步标定精度测试、末端位姿闭环控制轨迹精度测试、典型蒙皮样件机器人铣削加工精度测试，验证所提方法的有效性。

针对新型电机的轻量化、紧凑型、高扭矩密度设计目标，将印制电路板(Printed circuit board，PCB)技术引入定子绕组制造工艺，设计了轴向磁通双PCB定子电机。以单根有效导条为研究对象，建立了电机感应电动势、电磁扭矩及输出功率的解析模型。构建了PCB电机的有限元仿真模型，开展了关键参数优化研究，对串、并联构型双PCB定子电机进行电磁场与温度场仿真分析。基于搭建的试验平台，研究了不同构型下PCB电机的输出性能与温升特性。在额定工况1 500 r/min、3 A条件下，串联双PCB定子电机输出扭矩为130 mN·m，扭矩密度可达2 000 N·m/m³，实测最高温度为180.6 ℃；并联构型下电机输出扭矩为103 mN·m，扭矩密度可达1 584.62 N·m/m³，实测最高温度为110.5 ℃，与同工况下串联构型相比温升更小，可有效改善PCB电机发热问题。

工业5.0强调人的核心地位，以人为本的理念在产品的设计、制造、运维、服务等各阶段都越来越受到关注。概念设计是产品生命周期的最早期阶段，其核心是由设计主体的创造性活动生成能满足人的个性化需求的概念方案，极大程度上决定了后续环节的创新水平和实施质量。以人为本的理念给产品设计提出了新的要求，传统以设计者为主体的概念设计模式需要向设计者、用户、机器共融的多设计主体模式转变。因此，将设计者的推理决策能力与用户的深度参与、机器的计算生成能力紧密融合，提出一种以人为本视角下，用户-设计者-机器多设计主体共融的产品概念设计模型与框架，旨在更好地为工业5.0下的人本智造服务。首先从影响因素、表现形式、主要特征三方面阐述以人为本的概念设计的独特内涵；然后融合概念设计中人的交互机制、人机协同机制以及设计过程运行机制，提出以人为本下多设计主体共融的概念设计“H(Human)-M(Machine)-D(Design)”模型，从用户和设计者、智能机器、设计过程的维度分析了其基本逻辑和运行原理；最后，建立以人为本的概念设计的总体实施框架，阐述了设计思维认知理解、设计主体协同交互、个性化知识服务、概念设计推理决策四类关键技术，为实现多设计主体共融的产品概念设计中的人-人协同、人-物协同、人-机协同提供支持。以某电梯的以人为本概念设计过程为案例对所提出模型和框架进行了应用验证。

锂离子电池负极析锂是制约其安全性和寿命的关键问题之一。为提高锂离子电池应用的安全性并延长使用寿命，提出一种基于多维特征挖掘和聚类分析的锂离子电池析锂诊断方法。设计低温析锂试验，采集电池试验循环数据。建立高精度电池等效电路模型，提出基于模型参数辨识和容量增量分析的析锂特征提取方法，以及基于主成分分析法的特征空间降维方法。在此基础上，通过采用粒子群算法优化的基于密度的聚类算法，提出锂离子电池析锂故障的自适应分级诊断方法，并根据电池析锂前后容量差值和物理检测手段检验所提方法的准确性。诊断结果表明，基于多维度特征的析锂诊断结果最优，相较基于电池模型特征的单维析锂诊断方法，漏诊率下降8.00%，较基于容量增量曲线特征的单维析锂诊断方法，漏诊率下降8.00%，误诊率下降3.63%；同时扫描电子显微镜、电感耦合等离子体检验结果与诊断结果一致，能够较为准确诊断出轻度析锂和严重析锂，实现了锂离子电池析锂的分级诊断。

激光焊接已广泛应用于各个行业，而传统的人工示教或离线编程在面对工件形位差异时缺乏有效改进措施，人工修正过程既耗时又费力。面对高反光窄焊缝等复杂焊接场景时，噪声大且稳定性差，难以准确修正机器人的焊接轨迹从而影响焊接质量。因此，提出一种基于非刚性配准的面向高反光窄焊缝的协作机器人焊接轨迹修正方法。首先，提出了基于动态ROI预测的寻位方法，在人工引导的协作方式下通过线激光传感器获取实际工件的部分焊缝位置点；接着，提出一种优化后的WTo-CPD非刚性配准算法，密集的离线编程轨迹点集以稀疏的实际焊缝点为目标修正为新的密集轨迹点集。最后，试验验证了该方法在协作机器人焊接轨迹修正方面的有效性，在焊件存在0.3 mm内的随机误差下，该修正算法相比于Nonrigid-CPD算法、Bayesian-CPD算法收敛速度分别平均提高了27.16%与40.50%，并保证了平均误差控制在0.02 mm，最大误差小于0.21 mm，有效保证了焊接质量。

双级蒸发有机朗肯循环(Organic rankine cycle，ORC)能有效提高热源利用效率，回热-ORC能有效利用膨胀机排出余热，结合两者优点，提出双级蒸发双回热有机朗肯循环系统(Double-stage evaporation and double recuperation Organic rankine cycle，DEDR-ORC)。常规㶲法侧重于独立组件的㶲损失，无法识别系统组件之间的相互作用对系统性能的实际影响，提出高级㶲和高级㶲经济法对DEDR-ORC进行分析。探讨DEDR-ORC的先进性、组件㶲损失和组件之间相互作用关系和组件的实际改进潜力。结果表明：DEDR-ORC的㶲效率和净输出功相对双级蒸发-ORC和回热-ORC最大提高了27.24%和4 436.97 kW，平准化电能成本降低了0.006 。常规㶲法得到膨胀机和冷凝器的㶲损失最大为755.15 kW和567.20 kW，高级㶲法得到膨胀机、冷凝器和蒸发器1总可避免㶲损失为553.28 kW、223 kW、103.20 kW，其组件改进潜力依据总可避免㶲损失大小排序，因此，膨胀机、冷凝器和蒸发器1改进潜力最大。高级㶲经济法得到膨胀机、蒸发器1、混合回热器的总可避免成本为71.16 $/h、1.14 $/h、0.94 $/h，均为正值，其余组件均为负值，其降低成本的改进潜力仅有膨胀机、蒸发器1和混合回热器，其余组件无改进潜力。研究结果可为ORC系统设计及优化提供理论支撑与技术参考。

结构可靠性分析对于保障工程装备安全可靠运行至关重要。传统的一阶可靠性方法及其改进算法精度受限于极限状态函数的类型与梯度信息，往往无法适用于复杂工程案例。面对日益复杂的工程场景，虽然多保真度模型的建立策略被广泛研究，但在可靠性分析中，其应用潜力尚有待进一步开发。为此，发展一种自适应多保真度Kriging(Multi-fidelity Kriging，MF-Kriging)模型辅助的一阶可靠性分析方法。首先，通过增广拉格朗日函数将一阶可靠性分析问题转化为无约束优化问题，从而使其能够采用启发式优化算法求解。其次，通过融合多个数据源进行自适应MF-Kriging建模，以进一步降低可靠性分析的计算成本。基于该可靠性分析方法，任意自适应MF-Kriging建模策略不论是全局搜索或者是局部搜索均可嵌套使用。另外，考虑到一阶可靠性方法的重要步骤之一是精确定位设计验算点(Most probable point，MPP)，提出一种混合MF-Kriging建模策略。通过权衡全局搜索策略和基于迭代MPP邻域的局部搜索策略，平衡可靠性分析的局部精确度以及全局收敛性。最后，利用四个数学算例和三个工程案例对所提出方法进行了应用。结果表明，该可靠性分析方法在精度、效率和鲁棒性方面均具有显著优势。

航班化运输、载人登月等国家重大任务对先进装备的发展提出了新的要求，其关键部组件的性能指标甚至需要有数量级的跃升。然而，传统设计和制造方法存在材料、结构、制造、功能要素分离的局限，难以满足上述需求，亟须发展能够实现超强性能/功能结构的新制造技术。在前期探索实践基础上，提出超结构制造的概念，并尝试从维度、尺度与序度层面对超结构制造的内涵和特征进行探讨，梳理超结构制造的技术体系，介绍超结构制造方面的若干研究案例，最后从物质利用、能量转化、信息调控视角对超结构制造的应用场景进行分析与展望。通过本文，希望能够广泛凝聚行业研究力量，突破传统理念和范式，开辟超结构制造技术全新学科领域。

光柴储混合动力系统可延长常值守无人艇航程，支持不间断执行任务，提升深远海海上维权水平。然而在复杂海况下，波高时变性与光伏间歇性引起动力系统负载侧和供能侧双边功率大幅波动，给能量管理带来挑战。为此，提出一种基于波高与光伏实时预测的能量管理策略。建立基于卷积神经网络(Convolutional neural network，CNN)和长短期记忆网络(Long short-term memory，LSTM)相结合的CNN-LSTM混合模型进行波高与太阳辐射强度实时预测，进而获得复杂海况下未来负载需求功率和光伏功率；采用模型预测控制(Model predictive control，MPC)进行能量流实时分配，并与采用传统预测方法的MPC能量管理策略相比较，硬件在环试验结果表明提出的方法在高海况下显著提升能效；以最大光伏功率和平均负载需求功率构建的无量纲工况因子可反映不同海况特征。相关性分析表明，无量纲工况因子与能效提升度显著相关。提出的方法可提高光柴储无人艇能量管理策略的航行环境适应性，具有工程指导意义。

设备运维是保障生产正常进行的重要基础，现有的智能运维技术主要依赖信号分析、数据挖掘或专家知识重用。然而，随着设备自动化和集成化程度的提高，其各类运行异常的表征信号、多源致因和维护方案之间的关系呈现出更高的模糊性和复杂性，将信号、数据和知识进行融合分析是提高设备运维精度和效率的关键。为此，采用知识图谱技术将“人”、“机”、“物”三元数据融合来支撑复杂设备的异常诊断和维护方案决策，提高运维智能化程度、避免决策片面性。首先，对设备运维领域人机物三元数据进行定义并完成三元本体设计，指导知识图数据层的构建。其次，对人机物三元数据进行预处理并搭建了统一混合注意力机制联合抽取模型(Joint entity and relation extraction model with mixed attention，MAREL)从三元数据中自动抽取知识，并建立三元知识之间的关联关系，以此实现人机物三元数据的融合；MAREL模型将任务拆解为两个关联的解码模块来解决实体重叠问题，利用混合注意力机制增强模型的长文本处理能力，在中文数据集SKE上的测试证明MAREL具有优异的性能。最后，以某汽车生产机器人设备运维人机物知识图谱的构建为例，验证了所提方法的有效性，结果表明知识图谱能够将人机物三元数据有效融合，为工业设备的智能运维提供支持。

针对多自由度液压双臂与人协作完成重载搬运任务中因闭链耦合和液压系统的非线性特性等产生的内力调控不准确、人机交互不协调，提出一种面向人机协作重载搬运的液压双臂人机协调控制方法。首先，在分析人机协作下闭链系统的运动状态与物体内力映射关系的基础上，基于模块化动力学模型对液压机械臂中耦合刚体和液压系统进一步解耦，实现双臂闭链强耦合系统的精细化建模。然后，结合导纳控制的动态柔顺性和基于双臂接触力最小化的内力优化方法设计人机协调控制方法，以保留操作意图的前提下，避免物体因接触力作用过大而遭到破坏。最后，基于模块化动力学模型设计底层运动控制器作为双臂人机协调控制的基础。结果表明，人机协调控制下的液压双臂可根据操作意图实时调整物体轨迹，还实现了闭链系统内力在不同方向上的主动调节，其中在x轴和z轴上的内力误差分别降低44.28%～82.46%和44.81%～53.69%。

在人机协作拆解中，制造系统依赖预设算法的固定感知-认知模式，难以适配操作员基于经验的灵活需求与动态环境变化，易导致机器人的路径规划失效和决策停滞。对此，提出面人-机-环境共融的具身增强现实拆解系统。系统基于具身智能理论，以“感知-认知-执行”机制为核心，结合增强现实技术强化具身代理的环境感知与认知推理能力。设计一种具身增强现实协同拆解策略；提出基于上下文强化机制的局部图像注意力模型，实现自适应图像描述生成；设计基于大语言模型的调优和推理机制进行自优化的认知推理方法；设计基于增强现实的人-机-环境数据交互方法，实现机器人的操控执行。构建三种相似性指标用于进行具身感知-认知的性能评估。定量和定性的实验可证明系统的可行性和有效性。

动力吸振作为解决结构振动问题的有效手段之一，其性能瓶颈的突破对航空航天、国防军工等国之重器领域的高端装备可靠性跃升具有重要战略意义。以构型创新为主线，系统梳理了单自由度、组合式单自由度、多自由度、可调谐及非线性五大类型动力吸振器的研究进展。单自由度吸振器结构简单、稳定可靠、便于实现，是当下实际工程中应用最为广泛的结构形式，但其窄频特性短板催生了组合式与多自由度设计；组合式吸振器通过并联/串联拓扑拓展频带，实现了频带拓展与工程实现难度的平衡；多自由度吸振器通过对质量单元多个空间自由度的充分利用，实现了多维或多模态振动的高效抑制；可调谐吸振器结合调谐机构与半主动控制，解决了主振结构动态特性变化工况下的最优适配难题；非线性吸振器则利用靶能量传递机制，在宽频抑振中展现出独特优势。对比分析表明，构型创新通过自由度扩展、参数自适应调整及刚度非线性化，显著提升了吸振器的抑振性能与环境适应性，设计方法也经历了从传统参数优化向构型创新驱动的范式转变。同时，基于柔性元件的刚度单元重构，为构型驱动的性能跃升提供了理论基石。未来，动力吸振器的抑振性能将向更高层次突破：更高幅值抑制率、更优动态适应性、更大抑振带宽以及更多抑振自由度。此外，研究有望推动振动控制技术向“抑振－储能－感知”一体化方向演进，为航空航天、高端制造装备等尖端领域振动抑制提供理论支撑与技术范式。

随着需求牵引与政策推动，煤矿机器人的研发与应用空前活跃，当前已可在少数场景中自主作业，代替煤矿操作员完成部分工作。但在煤矿辅助作业中，环境与任务的开放性、复杂性决定了煤矿操作员的深度参与仍然必不可少。在人机共融协作的背景下，亟需探索如何充分利用人的智能与机器智能优化煤矿辅助作业的决策过程。针对这一问题，首先回顾了相关概念与工作，将煤矿辅助作业中的决策归结为人机混合决策问题。然后基于人在回路的人机混合增强智能范式提出了XR驱动的煤矿辅助作业人机混合决策架构，介绍该架构的组成部分与协同运行关系。之后对实现该架构所需的各项关键技术及相应解决方案进行探讨。最后以采煤机滚筒停机维护为案例构建模拟场景，在所提出的架构下进行应用测试，以证实其可行性与有效性。结果表明，所提出的架构将人机混合决策过程扩展到虚拟空间，能够通过异构信息流的巧妙转化与传递，在满足作业任务要求的前提下将煤矿操作员与辅助作业机器人的决策合理整合，形成虚实融合、人机共智的决策模式，具有在煤矿辅助作业以及其他领域类似场景中的应用潜力。

当前工业生产制造场景下，机器人感知单一、缺乏智能交互策略，导致安全事故频发，轻则致伤重则致死。面向未来工厂智能制造场景下的多源感知及安全交互需求，提出一种工业机器人“在体感知”与“离体感知”相结合的主动安全作业系统。通过大范围视觉监控、近距离迫近感知以及碰撞检测构建多源感知系统，对机器人作业环境中的操作者与机器人之间的接近信号及接触信号处理分析，设计人机共享控制策略，实现机器人的主动安全作业规划；进一步划分传感器检测范围，设计卡尔曼滤波多源融合方法构建机器人多级感知信号处理以及分级安全交互策略，并设计对应的模拟碰撞实验验证多源融合数据的有效性。所研发的工业机器人主动安全作业系统现已在东方电气集团冲击式转轮水斗机器人电弧增材平台，以及大型分盘式水轮机座环机器人焊接平台试装试用。应用结果表明，所提出的多源融合主动安全作业方法，充分结合各传感器在不同的感知区域的优势，为全空间、全场景下的人机交互提供感知能力和安全响应，显著提升了工业机器人系统的安全作业能力。

为了提高齿轮传动性能，高精度齿轮普遍需要对齿面进行修形，蜗杆砂轮磨齿是硬齿面精加工的重要工艺，是目前齿面修形的主要方法。主流磨齿机床在进行齿面拓扑修形时通常需要根据目标齿面定制相应廓形的金刚滚轮，导致齿轮生产周期延长，成本增加且精度不易保证。为了解决上述问题，提出一种基于柔性电子齿轮箱的蜗杆砂轮磨齿齿面拓扑修形方法，并且实现修形精度控制。首先，根据渐开线齿面成形原理及齿面拓扑修形曲线分别建立了标准渐开线齿面和齿形、齿向双鼓形修形齿面数学模型；其次，运用运动学逆解方法，推导了拓扑修形齿面对应的机床各运动轴的附加运动量。由于蜗杆砂轮数控磨齿机在加工时的运动轴联动控制是由电子齿轮箱实现的，提出将修形附加运动量添加至电子齿轮箱控制模型中。最后，进行齿面修形数值仿真，通过两个数值仿真实例比较传统修形方法与基于柔性电子齿轮箱的齿面修形方法得到的齿面偏差，结果表明，该方法能够有效提高蜗杆砂磨齿的齿面拓扑修形精度。