空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的，通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析，提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统，并提出多种末端执行器设计方案。其中三指- 三瓣式末端执行器作为末端工具快换装置，不仅具有机械接口捕获对接的功能，还具有电力/ 信号传输功能，以及机械臂动力传输功能；钢丝绳缠绕式末端执行器具有优越的容差和软捕获性能，适合用于实现对安装有捕获接口的合作目标以及非合作目标卫星发动机喷管的捕获；而欠驱动三指末端执行器具有良好的待捕获目标物体形状自适应功能以及软捕获功能，因此可用于对空间形状不规则的太空垃圾等目标进行非合作目标捕 获。通过对多功能在轨维护机器人系统及其末端工具快换过程以及末端执行器对目标捕获操作的研究，所提出的基于末端工具快换的多功能在轨维护机器人系统有较好的应用前景。
由于技术限制和经济风险，实现航空产品制造过程完全自动化具有相当的难度，而将安全易用的协作机器人与操作人员共享作业空间，充分发挥各自的长处，分工协同工作，是解决传统工业机器人难以应对的低成本、高效率、柔性化、复杂作业自动化难题的有效途径。论文在分析协作机器人产生背景和4 种人机协作方式的基础上，描述了空客和BAE 公司旨在提高质量和效率的未来工厂计划中的协作机器人项目，详细介绍了协作机器人在飞机装配中的应用研究实例，阐述了协作机器人本体设计、力感知与控制、机器人行为设计和自主学习等共性关键技术。未来协作机器人将以其安全、高效、柔性、智能的特点在工业生产中发挥更大的作用。
使用搭建的机器人自动磨抛平台系统，针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究，旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制，提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型；通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律，基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤，对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明，在一定范围内，材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大，随着进给速度的增大而减小；磨抛压力对材料去除深度的影响较大，磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除，涂层厚度和表面质量一致性良好，加工效率显著提高，同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。
现有的自动钻铆系统中90% 的故障来源于送钉系统中的卡钉。为了进一步提高自动钻铆送钉系统的精度，降低故障率，提出一种基于视觉伺服的新型机器人送钉系统。该系统通过在机器人末端安装工业相机和铆钉抓取装置，以机器视觉的方式对铆钉进行质量检测和定位，并引导机器人对特定种类铆钉进行抓取和投放，从而保证了送钉 质量。该系统重1.1t，占地面积1.57m2，有效降低了自动钻铆装备中送钉系统的面积与重量。试验表明，机器人自动送钉系统对铆钉的检测精度达到0.1mm，在1min 内抓送6 枚以上铆钉，满足自动钻铆的性能要求。
外形数据测量是飞机装配中至关重要的一环。传统模拟量检测无法满足飞机大型结构点的外形测量需求，而单独的数字化测量设备和方法又难以实现大尺寸和复杂结构的测量。构建了由工业机器人和激光跟踪仪组成的自动化扫描系统，研究了飞机大型结构自动化检测方法。根据轨迹规划和仿真的结果，实现机器人扫描系统对大型结构测量，将测量结果与理论数模比较就可以分析大型结构的误差信息，实现对大型结构的检测。
对飞机壁板铆接孔的定位方法进行了研究，提出了一种基于局部主动轮廓模型的铆接孔定位方法。首先通过基于灰度直方图的全局阈值分割和形心法进行铆接孔的粗定位；然后以粗定位坐标为圆心建立遍历圆，并以遍历圆作为限制条件构造能量圆，建立能量方程求解遍历圆内能量最小的像素点为铆接孔的精定位位置；最后进行视觉引导铆接孔定位试验，试验测得定位误差小于0.05mm，满足飞机壁板自动铆接的工艺要求，且比传统的区域主动轮廓模型定位精度高，具有一定的可行性。
清华大学摩擦学国家重点实验室是中国机械工程学科领域和清华大学首批建成的国家重点实验室之一。自创立以来，始终坚持以应用基础研究为主导，以国家队排头兵参与国际竞争为己任，从摩擦学的基础科学和技术问题出发，追求新现象的发现、新机理的探索和新方法、新技术的创新，同时不断与表面界面、生物仿生、微纳制造以及机电控制进行学科交叉与融合，面向国民经济、国防安全和全球可持续发展的重大需求，成为国际上重要的基础和前沿研究基地、国际交流合作基地和高水平人才培养基地，凭借多年积累，已建设成为具有鲜明摩擦学学科特色、门类齐全的先进开放和共享实验平台，设备种类、数量、性能在国际摩擦学研究领域中处于领先地位。
热固性聚酰亚胺是目前有机材料体系中耐热性能最为优异的材料之一，以其制备的纤维增强复合材料在航空航天领域获得了大量的应用。但韧性性能不足限制了其在多个领域的进一步应用，因此高韧性聚酰亚胺复合材料逐渐成为近年来研究的热点。综述了热固性聚酰亚胺树脂基复合材料增韧改性方法的研究现状与发展趋势，涉及基 于分子主链结构的增韧改性方法、热塑性聚合物共混增韧热固性聚酰亚胺、热塑性聚合物层间增韧改性聚酰亚胺复合材料等一系列方法。
针对飞机蒙皮数控加工时需要精确修配量的问题，提出了一种基于扫描线点云的飞机蒙皮修配量提取方法。首先对点云进行分块处理并通过点到拟合平面的距离提取每条扫描线的边界特征点；然后采用弦高法对特征点进行去噪处理并选取中间点作为初始点向两侧进行排序；最后对蒙皮对接模型和激光扫描边界进行分析，将特征点延着对接方向进行补偿。试验验证表明，该方法可以提取精确的修配量，精度达到0.06mm，满足蒙皮数控加工的需求。
针对涡轮冷却叶片弯扭冷却通道转接段的特点，提出了关联的转接段建模方法，通过曲线网格法生成工具片体裁剪叶身内型实体得到转接段，并以此为基础完成转接段建模，满足转接段与弯扭隔肋G1光滑转接的要求。详细分析了该方法的原理；提取了关键参数；利用UG（Unigraphics NX）二次开发平台开发了转接段的参数化建模模 块，实现了适应弯扭隔肋的转接段建模。
结构光测量技术具有非接触、精度高、速度快、应用广等优点，是三维测量领域中重点发展的方向之一。对比3种不同形式的结构光，采用基于三角法原理的面结构光对待测物体进行三维测量，数据采集得到待测物体单幅点云，通过标志点自动拼接技术及基于ICP原理的拼接技术完成单幅点云数据的粗拼接和精拼接，将拼接后点云数据与理论模型对齐并创建彩图，得到待测物体误差彩图，直观反映待测零件实际状态。利用不同设备对同一零件进行测量，验证了结果的正确性以及测量的高效性，测量因素分析可以有效提高测量效率，减少噪点对测量结果的影响。
以复合材料双曲面Nomex蜂窝芯为研究对象，重点开展弱刚性双曲面蜂窝数控铣削及检测技术，采用高速铣削加工工艺，通过优化加工编程策略，选取合理的加工参数，能有效解决双曲面蜂窝芯零件成型后精度问题。研究结果表明，采用加工检测一体工装能解决弱刚性蜂窝固持问题，有效提高蜂窝芯成型精度。对蜂窝芯在线检测后，利用校验膜技术，对蜂窝零件预装配，结果表明双曲面蜂窝芯成型后与上下蒙皮装配间隙小于0.15mm；蜂窝芯拼接缝小于0.2mm ；未在蜂窝分段处产生明显阶差。经校验膜验证，蜂窝芯格能完整复现在校验膜上，成型面上无蜂窝芯格撕裂、损伤等缺陷，其装配精度满足要求。
针对航空领域中翼类结构件的高速铣削加工，提出一种干涉小、柔性高、换装快速、自动化程度较高的夹具设计方案。详细论述了该夹具系统的组成、原理以及PLC 控制程序。采用可调式定位板定位、回转夹紧气缸夹紧，利用传感器感知、PLC 控制以实现电磁阀有序动作、工件可靠夹紧，解决传统装夹中原材料浪费和加工过程中机床 刀具与夹具的干涉问题。编制了相应控制程序并调试成功。该夹具设计方案为飞机结构件实际生产和程序控制自动化夹具设计提供了有效的参考依据。
为推动多品种变批量产品智能制造技术的发展，促进智能制造技术在生产中的应用，提出了产品智能制造系统框架，梳理了智能制造的内涵、重点发展内容及关键技术，对于发展智能制造技术和落实智能制造的实际应用具有较好的借鉴意义。
