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机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    液力变矩器导轮叶片出口角对性能的影响分析

    柴博森丛皓杨昊旻潘军...
    105-114页
    查看更多>>摘要：液力变矩器导轮叶片角度优化是改进其性能的一种重要且经济的设计方案.基于计算流体动力学数值模拟液力变矩器流场并预测外特性,重构导轮流道三维涡系结构并提取二维截面流速场和涡量场,通过内/外特性的定性和定量对比分析,揭示导轮叶片出口角变化对液力变矩器性能的影响规律.结果表明:①在低速比工况下,减小导轮叶片出口角,变矩比基本不变,泵轮转矩系数明显降低,尤其在28°～22°角度变化区间内降幅最为敏感;②液流冲击导轮叶片头部形成圆柱绕流,随着导轮叶片出口角减小,圆柱绕流连贯性强化,曲率半径逐渐减小,叶片压力面附着涡拉伸变形,叶片吸力面长条涡逐渐向流道中部偏移,出口角为20°时其与附着涡汇集,能量集聚,引起叶片尾部射流流速增大,造成携能多尺度涡撕裂、碰撞,导致涡脱落现象加剧;③减小导轮叶片出口角引起泵轮进口流速增大,导致泵轮转矩降低,致使泵轮转矩系数下降.基于流场结构与外特性参数的分析,揭示导轮叶片出口角对性能的影响规律,研究结果可为液力变矩器叶片设计及性能优化提供一定的技术指导.

    液力变矩器计算流体动力学叶片出口角三维涡流速场

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    上肢康复机器人研究综述

    姚玉峰裴硕郭军龙王佳佳...
    115-134页
    查看更多>>摘要：目前脑卒中患者的运动康复主要由康复医师辅助完成,但我国的康复医疗资源并不充裕,无法满足当下迫切的卒中及偏瘫康复需求.机器人辅助康复治疗是一项帮助脑卒中患者康复的新技术.上肢康复机器人能够辅助上肢偏瘫患者完成康复训练、恢复运动能力,并降低医师工作强度,目前已被应用于临床治疗.首先分析人体上肢生理结构,并引出脑卒中患者的康复需求;进而根据交互方式与驱动形式将上肢康复机器人分类,详述其结构特点与应用场景;同时归纳上肢康复机器人的典型控制策略、总结脑卒中量级与运动能力的评定标准;最后,指出目前上肢康复机器人目前面临的挑战,并展望了发展趋势.从医工结合的角度梳理上肢康复机器人的研究现状,总结技术的不足,为本领域的创新和实践提供了研究思路.

    脑卒中康复上肢康复机器人控制策略康复评定

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    基于分层贝叶斯推理的RV减速器动力学模型修正及动态响应预测方法

    张德权李星奥贾新宇叶楠...
    135-144页
    查看更多>>摘要：RV减速器作为高端装备核心零部件其性能好坏直接影响装备整机性能.动力学分析是提高RV减速器长期稳定服役能力的重要手段.当前研究在动力学建模时未考虑多源不确定性因素的影响,导致所建立理论模型误差较大,影响后续分析精度.为此,基于分层贝叶斯推理开展RV减速器不确定性度量与传递研究,实现其动力学模型修正及动态响应预测,旨在为准确评估RV减速器动态特性提供有效保障.根据RV减速器结构特点及传动原理,建立整机与核心零部件动力学理论模型,采用Newmark法求解位移、速度和加速度响应.引入待修正参数的多层超参数概率分布,构建整机与核心零部件分层贝叶斯概率模型.充分考虑待修正参数的先验信息,运用过渡马尔可夫链蒙特卡罗法进行识别获取后验分布信息,准确修正RV减速器动力学模型.在此基础上,将参数不确定性进行传递,实现动态响应预测.针对某国产RV-20E型减速器,采用所提方法对其薄弱环节曲柄轴和摆线轮进行分析,得到两者刚度参数的后验分布信息及动态位移响应预测结果.

    RV减速器分层贝叶斯模型修正响应预测不确定性分析

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    轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计

    何华刘全申屠舒展宫昭...
    145-155页
    查看更多>>摘要：轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束,对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求.基于李雅普诺夫第二方法,设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器,实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动,在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下,提升轨迹跟踪控制器的响应速度.研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律,提出以门限角度为分界的状态机,控制机器人对目标参数的响应顺序,减小跟踪过程误差.基于模糊控制器,实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节,有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差.通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性.

    轮式移动机器人轨迹跟踪控制器模糊控制输入饱和状态机

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    基于磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法

    徐晨期祝长生
    156-168页
    查看更多>>摘要：电机的电磁振动是由电机的电磁场与结构场之间的相互作用产生的,研究电机的电磁振动就必须考虑这种磁.固双向耦合的影响.结合电机驱动与控制系统,提出了一种磁-固-路双向耦合的电机电磁振动分析方法.首先建立了电机转子及定子在磁-固双向耦合条件下的动力学模型,基于场路耦合方程建立了电机驱动与控制系统和电磁场之间的联系.然后提出了电机电磁振动的磁-固-路双向耦合循环迭代方法,分析了多场路双向耦合分析中需要解决的关键问题.接着提出了一种多场耦合分析的节点标记方法,实现了电机电磁场与结构场间数据的快速、准确传递和交换.最后以一台1MW-4极72槽永磁同步电机为例,进行了电机振动的分析及试验测试,对电机电磁振动磁.固-路双向耦合循环迭代分析方法的可行性和准确性进行了验证.结果表明,提出的节点标记及磁-固-路双向耦合循环迭代分析方法能够实现不同场网格节点间信息的准确传递,能考虑转子偏心、结构、轴承、驱动及控制系统等对电机电磁振动特性的影响,为精确预测电机的电磁振动和噪声提供了一种可行的方法.

    电机电磁振动磁-固双向耦合场路耦合

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    高端装备创新方法知识系统构建与优选推送

    刘江南黄琬清杜文轩刘小冬...
    169-180页
    查看更多>>摘要：高端装备创新链中不同环节对创新方法知识的需求不尽相同,日趋复杂的创新活动已无法满足于局部、单一方法的运用.集成的创新方法知识及其优选推送,对于计算机辅助高效实现高端装备的创新设计具有重要意义.以先进轨道交通装备为例,追溯其重大科技成果的形成过程、提炼发明专利的高频普适方法,分析其中的创新特征及控制其涌现效应的关键因素,挖掘一系列创新方法作为基础信息;为使其成为可传播、学习和应用的知识,对创新方法进行规范化知识描述和单元化数据建模;构建装备领域创新方法应用情境空间,借助结构化本体语言,建立应用情境空间下创新方法知识表征数据模型,以利于知识的获取、存储、处理和调用;设计开发创新方法多维度集成的知识系统,系统化管理离散的创新方法知识;确定创新方法适用度评价指标及权重,建立其优选决策模型,提出基于统计学原理突破个人经验法的多方法序列推送方法,为程序化自动推送提供理论基础;构建创新方法知识优选与推送实施流程,并通过辅助某研发设计的应用示例,验证知识系统及实施流程的可操作性和有效性.

    高端装备创新方法本体论知识集成优选与决策全创新链

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    基于Bayesian-LSTM神经网络的热轧轧辊剩余寿命预测及不确定性评估

    朱挺陈兆祥周笛陈震...
    181-190页
    查看更多>>摘要：轧辊性能直接影响钢铁轧制流程的生产效率和生产质量,结合轧辊的复杂运行环境和波动工况条件,精准预测轧辊运行状态的时序变化特征与剩余寿命对生产流程精细化、智能化、高效化尤为重要.考虑轧辊服役过程中的动态不确定性,提出一种结合贝叶斯神经网络的长短期记忆网络(Bayesian long short term memory,Bayesian-LSTM)方法,提取健康指标以评估轧辊健康状态,并智能预测轧辊剩余寿命,量化其分布特征的区间不确定性,进一步讨论Bayesian-LSTM网络结构参数对寿命区间的动态影响.通过某热轧厂的实际运行数据验证了方法的有效性,结果表明:所提出方法相对传统数据驱动方法,预测精度达到96.90％,实现了热轧轧辊寿命智能预测和不确定性评估.

    热轧轧辊剩余寿命预测不确定性评估Bayesian-LSTM

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    基于多域故障传播的中央空调系统可维修性设计评价

    李浩苗壮王昊琪张玉彦...
    191-204页
    查看更多>>摘要：中央空调系统集成化程度高,故障在相互关联的功能和结构中传播,但是设计阶段的功能和结构的关系模糊,故障传播对可维修性设计的影响难以评估.为了定量评价故障传播对中央空调系统可维修性设计的影响,在功能设计和结构设计的映射过程中加入了原理域,建立"功能-原理-结构"(Function-principle-structure,FPS)多域矩阵,使用模糊综合评价量化矩阵中的影响关系,建立故障传播风险评估模型,通过变更传播管理(Change propagation management,CPM)算法评估故障传播的综合风险.通过比较相同的故障在不同设计方案中传播的综合风险,帮助设计师选择可维修性较高的设计.

    维修性设计故障传播功能-原理-结构中央空调变更传播管理

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    基于操控技能映射的扑翼机器人自主飞行控制

    钟思平辛梓百李奕宏徐文福...
    205-215页
    查看更多>>摘要：仿生扑翼飞行机器人气动特性复杂,难以精确建模,为自主飞行控制带来了巨大挑战.基于此,提出了一种模拟飞手操控行为的扑翼飞行机器人自主飞行控制方法,将飞手操控技能映射至控制算法中,不依赖于精确动力学模型即可实现不同场景下的自主飞行控制.首先,对起飞、巡航、机动、降落等不同阶段开展大量的飞手实际操控实验,根据实验结果建立了飞手操控行为与扑翼飞行机器人飞行状态的映射关系.进而,将飞手对机器人的状态辨别和操控方式转换为操控技能库,并设计了指点飞行、直线轨迹跟踪、绕圆飞行等机动飞行的控制方法,以及在受限空间自主飞行的智能避障方法.结合传感器数据融合结果调用技能库所对应的控制决策,通过模拟飞手控制行为生成控制量,保障了飞行的安全性.最后,研制了飞行控制器,并与仿生扑翼飞行机器人集成后开展了户外飞行实验,对所提出的方法进行了验证.结果表明,模拟飞手操控行为的控制方法可实现可靠飞行,且灵活性及可扩展性强.

    仿生扑翼飞行机器人扑翼飞行机器人自主飞行控制操控技能模拟控制飞手技能库户外飞行实验

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    大型复杂锻件打磨路径的智能化规划方法

    闫守鑫王伟苏鹏飞贠超...
    216-225页
    查看更多>>摘要：大型复杂锻件作为能源、船舶、交通等领域的主要承力构件,对后处理的尺寸精度和表面质量要求高,实现大型复杂锻件的自动化打磨是锻造行业亟待解决的共性难题.主要技术障碍之一是:大型复杂锻件存在较大的热变形、多种随机锻造缺陷,难以自动生成打磨加工路径.首先提出了一种大型复杂锻件随机缺陷识别算法,通过随机采样一致性算法(Random sample consensus,RANSAC)与改进迭代最近点(Modified iterative closest point,M-ICP)算法相结合,对标准件点云与锻件点云进行配准,得到需要打磨的随机缺陷点云;接着,按照缺陷面积大小,对随机缺陷点云进行的分类,建立了打磨路径生成策略;然后,利用随机缺陷点云中的位置坐标信息,不需要CAD模型,直接生成了机器人打磨路径;最后,开展了大型复杂锻件的机器人打磨实验,实验结果表明:打磨路径智能化生成方法准确识别了随机锻造缺陷特征,正确规划了机器人打磨路径,提高了打磨效率和打磨质量,为大型复杂锻件后处理加工提供了技术方法.

    缺陷识别智能化打磨路径规划大型复杂锻件

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