摘要:并联机器人技术的发展对其运动性能提出了更高的要求，其中，位置正解问题与性能表征、性能提升等工作息息相关，自20世纪80年代开始受到广泛关注。由于位置正解方程的强非线性和多解性，目前该问题尚未完全解决，仍然是机器人机构学领域研究的焦点。首先，从方法原理的角度，阐述了位置正解的国内外研究现状及特色，剖析了求解算法的核心思想，并挖掘出研究中面临的根本性难题。其次，从方法特性的角度，对比分析了位置正解求解方法的优劣性及适用性。最后，在总结了并联机器人位置正解的现有研究方法的基础上，展望了其未来的发展方向，为机器人机构学领域的研究提供了借鉴和参考。

摘要:针对月面采样任务中在轨相机参数漂移导致的几何重建失效，以及采样区评估缺乏融合底盘通过性与终端操作约束的多尺度综合分析这两大技术瓶颈，本文提出一种面向月面采样任务的立体数字高程模型（Digital elevation model， DEM）重建与采样区分析一体化方法。该方法以基于影像特征的鲁棒极线校正为数据基础，通过自适应补偿在轨参数漂移，将极线对齐精度提升至亚像素级，为后续地形分析提供具有内部一致性的高精度DEM；进而构建“全局粗粒度筛选—驻车精细评估—终端执行验证”3层递进式采样区综合分析体系，将底盘通过性约束与驻车姿态稳定性、机械臂可达性等终端操作约束统一纳入代价评估框架，实现从可通行区域到可操作采样点的精细化决策。实验结果验证了重建方法的有效性与各代价组件的必要性。该一体化方法打通了从原始影像感知到采样决策的完整技术链路，为月面复杂环境下的自主、安全、可靠采样提供了重要的理论支撑与技术手段。

摘要:为保障仿人臂在月面环境下与航天员的安全精确协同，本文以6自由度（Six-degree-of-freedom， 6-DOF）仿人臂为研究对象，在其动力学特性分析的基础上，提出了一种适用于仿人臂的动力学参数辨识方法。首先，建立仿人臂的运动学和动力学模型，在仿人臂极低速协作场景下，对仿人臂动力学模型进行简化，得到最小复合重力参数集及其对应的重力回归矩阵。其次，将重力回归矩阵参数可行域最大化作为辨识轨迹优化目标，并考虑仿人臂的运动限位和碰撞规避作为优化的约束条件。最后，分别在月面重力仿真环境和地球重力环境开展了模型的仿真和实验验证。结果表明，月面仿真辨识后的各关节计算力矩误差百分比的平均值仅为5.5%，实验验证中各关节力矩的平均绝对误差均远小于其平均噪声幅值，本文所用辨识方法建立的动力学模型能够反映仿人臂极低速运动时的动力学特性。

摘要:在月面采样任务中，由于采样机械臂采用细长柔性构型，其末端执行器的位姿呈现出较强的非线性特征与不确定性。为支撑快速、智能的采样作业，该任务引入视觉位姿估计技术提供实时准确的决策依据。然而，单目视觉固有的深度感知局限，叠加月表极端光影变化所导致的图像退化，对位姿估计的精度与稳健性构成了严峻挑战。针对上述问题，本文提出了几何约束位姿估计网络（Geometrically constrained pose estimation network， GCP-Net），该网络通过可微投影模块，将重投影误差与轮廓代数误差构建为损失项，建立图像语义与空间位姿间的一致性约束，有效提升了深度估计精度。同时，为模拟真实月表环境中极端遮挡与光照变化导致的图像退化，本文在GCP-Net的基础上引入随机噪声注入与特征掩码增强策略，提出增强型几何约束位姿估计网络（Enhanced geometrically constrained pose estimation network， EGCP-Net）。仿真实验表明，该方法在部分特征缺失条件下仍表现出良好的稳健性。经嫦娥六号公开报道图像数据验证，算法估计位姿的重投影结果与观测特征高度吻合，证明了该方法在航天工程任务中的可靠性与可行性。

摘要:传统并联机器人的结构是固定的，故其性能固定，难以适应不确定或多变的复杂工况。为此，设计了一种能够重构成19 686种拓扑结构的平面并联机器人，并研究了重构前、后的运动传递性能。首先，设计了一种变胞装置，可用于实现低副的变胞以及并联机器人的几何、拓扑重构。其次，以3-转动副转动副转动副（Revolute joint， revolute joint， revolute joint， RRR）和3-转动副移动副转动副（Revolute joint， prismatic joint， revolute joint， RPR）两种拓扑结构为例，详细阐释了机器人的重构机理。接着，运用旋量代数理论，推导出机器人的运动传递性能函数，据此，构造了拓扑重构准则并计算了性能指标值。结果显示：通过重构，并联机器人的运动传递性能提升了96.6%。最后，基于运动传递性能函数，辨识出机器人的全部奇异位形。研究结论为可重构并联机器人的推广应用奠定了理论基础。

摘要:感应淬火工艺对高精度相对运动控制要求严格，作为控制该过程的主要运动执行机构，滚珠丝杠进给系统的伺服控制精度直接决定了热处理质量。针对滑模控制在轨迹跟踪中稳态误差大且存在高频抖振的问题，提出一种基于时延估计并结合比例-积分-微分的非奇异快速终端滑模滚珠丝杠简化模型控制策略。仿真结果表明，在相同期望轨迹下，所提策略实现了高精度位置跟踪，最大跟踪误差由传统滑模控制的68.2 μm和变幂次趋近律滑模控制的28.4 μm显著降至13.8 μm。同时，该方法有效抑制了控制输入的高频抖振，输出了更为平滑连续的控制信号。有效提升了滚珠丝杠进给系统的伺服精度与运行平稳性，为高精度感应淬火加工提供了可靠的控制理论参考。

摘要:为了给进气道巡检机器人提供准确的作业位姿，提出一种基于感兴趣区域线特征相似度的移动机器人视觉检测对准方法。通过移动机械臂末端安装的深度相机采集场景图片，设计了融合深度学习目标识别与目标轮廓视觉测量的技术架构。先采用YOLOv8深度网络从场景图片中识别包含进气口的感兴趣区域（Region of interest， ROI），再设计改进随机直线检测（Random line detection， RLD）算法在ROI区域中检测进气口的轮廓直线。进一步，提出了进气口四边形轮廓提取方法，基于线特征相似度进行直线的精简、拼接，并通过线端连接判断、轮廓闭合筛选、轮廓面积筛选，提取进气口四边形轮廓。针对该轮廓建立移动机器人相对位姿估计模型，并设计了位姿反馈控制器完成工位对准。搭建了进气口视觉对准模拟实验系统，通过ROI识别、进气口直线检测、轮廓提取与对准控制实验，验证了本文方法的可行性与有效性。

摘要:遥操作驾驶是驱动月球车实施高效探测的一种重要方式，但受限于时延条件下环境信息与指令控制滞后导致的安全风险，当前在地面缺少有效的快速预警提示手段。为此提出面向遥操作连续驾驶的月面正射地图增量拼接与风险预示方法，针对月球车近场视野盲区、视场前后表达不连续以及弱纹理和强光照变化条件下图像特征易失效等问题，设计月面正射地图增量拼接框架，通过双目重建、局部正射图生成、多帧点云配准与增量融合实现几何地形和图像纹理的协同拼接与环境地图的增量式更新。在此基础上进一步融合地形坡度、粗糙度及纹理信息得到风险代价图，并叠加月球车轨迹与航向信息，形成运动态势图。实验结果表明，该方法在连续行驶过程中稳定生成具有较好几何一致性和空间连续性的正射预示图，能够适应月面弱纹理、阴影显著和局部起伏地形等复杂环境，可为月球车遥操作提供直观、连续的风险预示支持。

摘要:本文提出了一类基于平面闭环链的多模式并联机构型综合方法。首先引出一种具有两种运动模式的平面闭环链，将其引入并联机构领域用作并联机构的动平台，通过切换其运动模式可实现并联机构自由度改变。其次给出多模式并联机构中全构态与子构态的定义，并将螺旋理论引入多模式并联机构的型综合理论中，进一步提出基于螺旋理论的多模式并联机构型综合原理。然后基于多模式并联机构型综合原理和平面闭环链，对一类具有两种运动模式的并联机构进行多模式并联机构型综合。最后利用螺旋理论对综合出来的多模式并联机构进行自由度分析。

摘要:针对现有数据驱动车辆动力学模型普遍缺乏物理可解释性，限制了其在极限工况下的泛化性能，致使模型易出现拟合失真与长时推演发散的问题，本文构建了一种引入谱稳定性正则化的条件多专家Koopman（Conditional multi-expert Koopman， CME-Koopman）网络。在架构设计上，该网络引入了一种条件感知门控机制，根据车辆实时工况动态调度多个局部线性Koopman专家模型，有效说明了车辆从线性区到非线性饱和区的动力学演化规律。针对多步预测易失稳的缺陷，本文在损失函数中引入了基于幂迭代法的谱稳定性正则项，显式约束Koopman算子特征值的模长，从理论上保证了长时预测的有界性与渐进稳定性。在CarSim高保真仿真平台上的实验表明，该方法在包含40%极限工况的数据集上，长时预测误差均方根误差（Root mean square error， RMSE）较传统深度扩展动态模态分解（Deep extended dynamic mode decomposition，Deep EDMD）方法实现了大幅缩减，并且准确还原了车辆处于失稳临界点时的渐近收敛特征。与模型预测控制器（Model predictive control， MPC）的闭环联合仿真，进一步验证了该模型在极限工况下的工程潜力：其不仅能在纵横向耦合的变工况中实现高精度的轨迹跟踪，更能在路面附着系数骤降（μ-Jump）的极端突变工况下，为控制系统提供精准的预判，展现出卓越的抗发散鲁棒性与极限防侧滑能力。

摘要:月球极区水冰的取样与原位分析是当前深空探测领域的国际热点之一。利用空间机器人携带深槽螺旋钻进行含水冰月壤冻土的钻进取样被认为是一种较为有工程可实现性优势的取样方法，但从科学价值的角度出发，尚未能验证这种方法对获取月壤样品的深度来源定位性能。面向通过样品分析建立月壤完整剖面信息的科学探测需求，开展深槽螺旋钻进取样的深度归位性能验证。通过对深槽螺旋钻月壤流动特性的理论分析给出了取样钻进规程的许用区间，并进一步通过实验测试的方法对深槽螺旋钻的取样深度归位特性进行了研究。实验结果显示，钻杆螺旋槽中85%以上的样品来自提钻前最后钻进的40 mm地层，且这一结论在所研究的参数范围内受钻进速度变化的影响不大。因此，通过在同一钻孔中的步进式钻进和提钻取样，可以实现钻孔的完整剖面信息建立。

摘要:随着太空探索任务的日益增多，空间机械臂已成为在轨服务、深空探测等战略任务的核心执行机构。然而，发射入轨时的强烈振动、空间微重力环境下的温度波动和宇宙辐射导致的部件老化，使在轨机械臂的手眼关系易发生动态漂移，从而降低操作精度并增加任务风险。针对上述问题，提出了一种适用于星载有限算力环境的高效高精度在线手眼标定方法。推导了同步求解手眼关系旋转和平移部分的线性方程组，将AX=XB求解问题转化为超定方程组的单步求解问题，并给出了最小二乘解。利用在轨机械臂执行常规任务时获取的机械臂控制器读数（即A）和相机视觉测量数据（即B），结合遗忘因子递归最小二乘法（Forgetting factor recursive least squares， FFRLS）进行递归求解，实现了空间机械臂手眼关系的在线标定。通过构建模拟手眼关系在轨动态变化的数据集进行对比实验，结果表明：同等算力条件下，相较于结合滑动窗口的Tsai方法，所提方法在计算用时上仅需前者0.75%的时间，且标定精度相当，同时对测量噪声表现出更强的鲁棒性。

摘要:本文针对车架式起落架在传统减缩质量法落震试验中存在的吊篮垂向速度失真、导致动力学响应偏差的问题，以提高试验精度与工程适用性为目的，建立了车架式起落架多体动力学模型，对比分析了减缩质量法与升力加载法下的落震响应特性，揭示了传统方法因未模拟升力而导致触地后持续加速、速度超标的内在机理。通过提出一种基于参数反馈迭代的改进方法，对投放质量与高度进行联合优化调节，实现了速度与能量的协同等效。以某大型民机主起落架为研究对象进行仿真验证，结果表明：该方法将吊篮垂向速度误差从11.15%降低至0.13%，功量误差控制在2.34%以内，并使油液阻尼力峰值等关键载荷指标与升力加载法的差异缩小至4.01%。研究表明，所提出的改进方法在不引入复杂仿升系统的条件下，显著提升了车架式起落架落震试验的精度与可靠性，为起落架缓冲性能验证提供了一种高效工程解决方案。

摘要:为研究某起落架齿轮传动式前轮操纵系统存在传动间隙时的摆振特性，本文首先通过简化理论分析合理地设计防摆阻尼；其次通过理论分析结果和摆振试验结果两种维度校验起落架摆振刚柔耦合多体动力学联合仿真模型；然后将齿轮传动侧隙和扭力臂轴向、径向传动间隙等非线性因素同时考虑进摆振动力学分析中，实现含传动间隙的起落架刚柔耦合非线性动力学建模；最后基于此模型开展多因素对摆振响应特性差异研究。研究发现，间隙会导致起落架等幅振荡，其中齿轮传动侧隙对机轮摆角的影响大于扭力臂间隙，且间隙大小与摆角呈近似正比关系。此外，增大垂直载荷有助于抑制摆振，滑行速度主要影响机轮摆动频率。研究成果为起落架防摆系统设计提供理论参考。

摘要:针对涡轴发动机性能建模过程中存在的工况复杂、稳态与瞬态数据难以有效区分、维修活动干扰性能退化建模等关键技术难题，提出一种基于试车数据的涡轴发动机气路性能预测方法。首先，采用Pearson相关性分析对试车数据进行降维处理，剔除冗余信息以提升建模效率；其次，通过构建滑动窗口结合变异系数阈值判定准则，实现试车数据中稳态数据的精准提取，解决稳态与瞬态数据混淆的问题；然后，基于相对退化量分析识别数据中维修活动的发生时间点，构建性能退化分段建模策略，有效排除维修活动对退化建模的干扰；最后，利用随机森林算法拟合发动机气路参数间的非线性多耦合关系，完成涡轴发动机气路性能的精准预测。为验证所提方法的有效性，采用3段试车数据进行重复验证，结果表明，各预测指标的平均相对误差均小于1.09%。该方法可有效实现涡轴发动机气路性能退化趋势的精准预测，为发动机故障诊断、健康状态监测及性能预测等工程实践提供可靠的技术支撑。

摘要:在飞机结构确定性装配模式下，由于制孔偏差、外形偏差等因素的影响，零件的连接孔在连接时会产生同轴度偏差，较大时将导致局部产生装配应力，削弱结构的力学性能。针对飞机机体结构的确定性装配，将雅可比-旋量法与影响系数法相结合，确定了零件外形偏差、终孔定位偏差与临时紧固件连接的矩阵表达形式，提出了一种考虑偏差积累与零件变形的同轴度偏差计算模型，同时搭建了同轴度偏差装配实验系统。对比偏差实测数据、雅可比-旋量模型与本文模型的计算结果，本文建立的模型与实测数据的平均误差降低了8.89%，提高了确定性装配模式下机体结构的偏差计算精度，为优化装配工艺提供了更加可靠的理论依据。

摘要:随着复合材料性能及应用水平的提高，复合材料单搭螺接结构越来越广泛地应用在飞机结构中。实践证明，影响单搭接结构的疲劳寿命的一个关键因素是拧紧扭矩的大小。为探究螺栓拧紧扭矩对单搭接结构疲劳性能的影响，建立了复合材料单搭螺接结构的疲劳损伤模型，并设计试验验证了模型的有效性。结合有限元和试验进行分析：当拧紧扭矩为螺栓破坏扭矩的75%时，螺栓连接结构具有最优刚度特性，其孔周损伤较少、稳定阶段接头伸长量增加速度最慢、结构疲劳寿命达到峰值并呈现最优综合性能。上述方法可为同类螺栓扭矩的确定提供参考。

摘要:为研究智能材料融合位置对层合智能结构疲劳性能的影响，本文针对宏纤维复合材料（Macro fiber composite， MFC）与玻纤增强复合材料（Glass fiber reinforced polymer， GFRP）基体组成的层合智能结构展开研究。对两种融合位置的智能结构试验件进行了疲劳测试，结果表明，中间层融合智能结构的疲劳寿命高于最外层融合智能结构。建立了智能结构有限元模型（Finite element model， FEM），其载荷-应变预测结果与试验数据的误差小于7%，验证了模型有效性。通过线性疲劳寿命曲线对智能结构的疲劳寿命进行预测，预测寿命与试验结果吻合良好。进一步分析了不同载荷下融合位置对智能结构疲劳寿命的影响。单轴拉伸、扭转载荷下，随融合位置由最外层向中间层移动，界面应力水平降低，疲劳寿命提高，其中，拉应力的显著降低占主导作用。单轴拉伸载荷下，界面应力集中出现于矩形智能材料短边；单轴扭转载荷下，界面应力集中出现于智能材料四周。多轴载荷下，相较最外层融合，中间层融合几乎消除了层间拉应力并不同程度地降低了有效剪应力，使疲劳寿命提高；疲劳寿命提升效果受载荷比影响，载荷比为0.273 4时，疲劳寿命提升效果最好。

摘要:电热除冰是一种可靠的飞机结冰防护手段，为正确认识多周期除冰过程中机翼内部温度变化与冰脱落过程，本文建立了一种基于水膜流动与非定常传热的耦合传热除冰数值仿真方法，对电热除冰过程进行数值模拟研究。考虑到冰层的生长与脱落对耦合传热过程的影响，建立水膜-冰层-机翼与水膜-机翼不同的耦合传热模型，最终实现了电热除冰过程的耦合计算。通过与实验数据的对比，验证了模型的准确性。通过对比多周期电热除冰过程的计算结果，发现作为热刀的常开加热区域会导致溢流水范围与结冰范围增大，下游加热区结冰量增多。结果表明该数值模拟方法在多个电热周期的除冰过程中，温度曲线的模拟结果与实验结果最大误差不超过3 K，对水膜与积冰的变化均能有效的预测。

摘要:当前多模态情感分析（Multimodal sentiment analysis， MSA）模型主流方法使用跨模态注意力机制处理不同模态特征信息，但该类方法没有考虑到不同模态特征之间的相似性与差异性，在跨模态交互中容易产生模态相似冗余信息并增加噪声，导致模型性能降低。本文提出一种基于特征解耦与跨模态深度交互增强（Feature decoupling and cross-modal deep interaction enhancement， FD-CMDIE）的多模态情感分析模型。首先在特征提取模块引入NeoBERT提取高质量文本特征，使用堆叠长短期记忆（Long short-term memory， LSTM）网络提取视觉与听觉特征。然后利用共同编码器与独立编码器将3种模态特征解耦成相似性特征与相异性特征，并使用对比学习以文本相似性特征为锚点，在特征空间中拉近相似性特征，同时推远相异性特征。最后设计一种跨模态交互增强网络实现解耦后特征的深度交互与融合，并利用门控注意力池化模块过滤交互产生的噪声信息。在两个基准数据集上进行实验，并与多个当前先进方法比较，在绝大部分指标上都超越了当前先进方法，验证了本文方法的有效性。

摘要:为实现俯仰角的精准预测，本文提出一种融合多飞行阶段（Multi-flight phase， MFP）编码的TCN-iTransformer模型，称为MFP-TCN-iTransformer。该方法构建联合预测架构：iTransformer模块提取快速存取记录器（Quick access recorder， QAR）数据的全局时序特征并捕捉跨变量依赖关系，时序卷积网络（Temporal convolutional network， TCN）模块通过膨胀卷积建模俯仰角的多尺度时序依赖；同时引入多飞行阶段编码，将飞行过程划分5个阶段，以区分不同阶段的数据特性；最后设计特征融合机制，将离散阶段信息与连续QAR数据相结合，以增强模型对阶段特性的适应能力。基于264 352条QAR数据的实验表明，所提模型在平均绝对误差（Mean absolute error， MAE）和均方根误差（Root mean square error， RMSE）上较其他基准模型平均提升19.16%和22.05%。之后经过系统的消融实验验证了各核心组件的有效性，并确认精细化飞行阶段编码能带来稳定的性能提升。结果表明，该模型能够实现高精度的俯仰角预测，对提升飞行安全具有实际价值。

摘要:时频分析方法作为处理非平稳信号的有力工具被广泛应用于非平稳状态下的机械状态检测与系统参数识别。传统的时频分析方法难以有效处理频率组分相近甚至频率轨迹交叉的非线性多分量信号。本文致力于发展一种自适应的二次调频小波变换方法，首先计算信号包含二次调频参数的二次调频小波变换（Quadratic chirplet transform，QCT），在残差QCT中迭代提取幅值最大的信号分量，然后从残差QCT中移除已检测信号分量的QCT，最后根据检测到的全部信号分量特性构建信号的准确时频表示。仿真信号算例与三自由度弹簧阻尼系统模型验证结果表明：自适应二次调频小波变换方法可以清晰提取频率组分相近以及频率轨迹交叉的信号的时频表示，也克服了传统时频变换方法难以处理高阶频率变化信号的局限性。