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期刊信息/Journal information
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。
正式出版
收录年代

    可跳跃移动机器人机构设计与跳跃过程控制研究综述

    宋荆洲宫兴龙段嘉辰张腾飞...
    1-17页
    查看更多>>摘要：近年来,结合传统轮式、腿式运动与跳跃运动的移动机器人受到了研究学者的广泛关注,它们在非结构地形中的优势使其在应急救援、野外巡查、地下勘探等方面有着广阔的应用前景.对目前出现的轮式跳跃机器人、轮腿跳跃机器人、球形跳跃机器人等新型移动机器人的研究现状进行了较为详细地介绍,从其机构设计与跳跃控制等方面进行了比较分析.在机构设计部分,分析了近年来轮式、轮腿式、球形跳跃机器人的跳跃机构设计特点,对其结构设计特点进行了对比总结;在跳跃控制方法部分,回顾了可跳跃移动机器人的空中姿态控制方法及落地缓冲控制方法.最后从可跳跃移动机器人的结构、储能、智能控制等方面,对其未来的发展方向与技术趋势进行了讨论和展望.

    移动机器人跳跃控制跳跃机构

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    牵拉人工肌腱式双足机器人矢状面行走控制

    高海波王圣军单开正韩亮亮...
    18-27页
    查看更多>>摘要：针对传统双足机器人刚性支腿结构缺乏弹性元素的局限,提出一种借鉴人体腿-足肌腱功能的人工肌腱牵拉式支腿结构,并搭建了基于五杆拓扑构型的四自由度双足机器人原理样机.建立了基于线性倒立摆(Linear inverted pendulum,LIP)模型的双足机器人行走规划优化范式.提出了基于LIP模型的双足机器人动步态控制器.在摆动相阶段,采用基于贝塞尔曲线的足端轨迹规划及融合模型前馈的PD控制策略.在支撑相阶段,采用足端地面支反力前馈结合机身姿态、高度反馈的控制策略.搭建试验平台对机器人运控算法进行了有效性验证.试验结果表明,双足机器人可实现0.8m/s(约两倍腿长/s)的稳定行走速度,机身俯仰角度波动可控制在±7°以内,机身高度波动可控制在±4 cm以内.上述研究成果可进一步推广至面向三维空间移动作业的人形机器人系统设计.

    双足机器人人工肌腱动步态行走控制

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    大负载作用下绳驱连续型机器人静力学建模分析

    雷飞刘思宇廖峻北郭朝...
    28-37页
    查看更多>>摘要：目前连续型机器人负载能力较弱,不能满足大负载的应用需求,设计了一种基于分布式弹性单元能够承受较大负载的绳驱动十字节连接连续型机器人,而且该机器人具备被动柔顺性,可以用于缓冲、储能等场合.为了分析该连续型机器人的弯曲变形与所受负载之间的静力学关系,建立了有负载条件下的牛顿-欧拉方程,并通过数值求解器进行计算模拟,与经典的常曲率模型假设计算结果对比,牛顿-欧拉方程的仿真结果更符合实际变形量.对连续型机器人末端进行了水平、竖直、圆周运动三组实验,实验结果表明,在7.5 kg外部负载的作用下,该机器人分隔盘边缘点与对应仿真计算点的位置平均误差最大为9.62 mm,均方误差为4.69 mm,分别占连续型机器人总长的4.20％与2.04％,表明该机器人能够实现大负载作用下的精确运动,验证了机器人承担大负载的能力.

    绳驱动连续型机器人大负载运动学建模静力学建模

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    正馈构架可展天线机构卸载方法与实验研究

    刘恩博赵永生李永杰郭笑宇...
    38-48页
    查看更多>>摘要：针对正馈对称四面体可展天线机构组合单元机构提出一种新型悬吊式微重力卸载方案,建立卸载点位置优化的评价指标及方法,得到优化的卸载点位置.基于天线机构静力学刚度矩阵进行绳索刚度优化,得到中间绳索刚度与周围绳索最优刚度比.对重力卸载和重力无卸载两种工况下四面体可展天线展开过程进行仿真分析,对比分析其动态过程的平稳状态和坐标变化曲线,验证优化所得卸载点合理性.设计并搭建了一种悬挂点可动的重力卸载实验平台,对比不同卸载绳刚度情况、有无卸载情况下正馈对称四面体可展天线机构组合单元机构的展开情况,验证仿真分析的正确性与卸载方法的合理性.

    构架天线可展机构卸载刚度优化

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    基于语义物体尺寸链的改进自适应蒙特卡洛动态定位研究

    蒋林李云飞汤勃刘奇...
    49-59页
    查看更多>>摘要：为解决原始自适应蒙特卡洛定位(Adaptive Monte Carlo localization,AMCL)在相似动态环境下极易重定位失败的问题,首先融合机器人里程计信息、激光信息以及视觉信息,基于Gmapping算法完成机器人的即时定位与栅格地图的创建,其次将KinectV2彩色图像输入到目标检测识别方法中获取图像中物体检测框与类别,并结合GrabCut算法实现语义分割,利用配准数据计算出彩色图像中的物体在深度图像中对应位置,然后将获取到的KinectV2深度数据转换成点云信息并投影转换至全局地图坐标系下,得到物体语义图,并充分发掘各语义物体之间的关系,构建语义物体尺寸链,并提出一种快速有效的尺寸链检索方法,同时采用贝叶斯方法来减小误检测和重复检测对物体语义图的影响,将物体语义图和栅格地图进行原点重合以及位姿对齐,从而构建二维语义栅格地图,提出一种基于语义物体尺寸链的改进AMCL重定位算法,最后通过大量真实环境下的重定位实验验证了所提方法在相似动态环境中的优越性能.

    相似动态环境语义物体尺寸链贝叶斯方法二维语义栅格地图重定位

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    面向冗余机械臂逆运动学问题的人工蜂群算法改进

    石建平徐永驰古训陈冬云...
    60-70页
    查看更多>>摘要：逆运动学问题是机器人学中最重要和最复杂的问题之一,以末端执行器的位姿误差最小化为优化目标,该问题可以转换成一个等效的最小优化问题,并利用智能优化算法进行优化求解.为有效解决冗余机械臂的逆运动学问题,提出一种改进的人工蜂群算法.改进算法在引领蜂阶段、跟随蜂阶段和侦察蜂阶段分别提出不同的蜜源搜索方程,从而在进化过程中形成多策略混合协同进化效应,较好平衡了算法的全局探索与局部开发,同时有效克服了基本人工蜂群算法在引领蜂和跟随蜂阶段采用相同的单维搜索方程所带来的后期收敛速度慢、计算精度不高等缺点.以7自由度冗余机械臂的逆运动学求解为例进行对比实验,结果表明:与对比算法比较,该算法具有更高的收敛精度、更快的收敛速度以及更强的寻优稳定性,可用于有效解决冗余机械臂的逆运动学问题.

    冗余机械臂逆运动学人工蜂群算法多策略协同进化

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    一种无传统防扭力臂的直升机旋翼操纵机构位置解分析

    胡波高添胡国烽李涛...
    71-79页
    查看更多>>摘要：直升机旋翼操纵机构是一种比较复杂的混联机构,此类混联机构的整机精准运动学全解研究尤为重要.提出一种新型的旋翼操纵机构,该机构采用一种2SPS+RPU+PS机构作为并联驱动模块,从而省去了传统机构中的防扭力臂,以该机构为例给出了此类旋翼操纵机构的位置解全解.首先,分析了旋翼操纵机构约束力/矩,计算了其自由度.其次,通过理清机构中的几何和尺寸约束关系,得到了机构的约束方程.通过约束方程建立起桨距角和旋转倾斜盘位姿参数的耦合关系,结合Sylvester消元法得到了求解旋转倾斜盘位姿的解析模型,进而得到整体机构的运动学反解.再次,采用消元法求解了2SPS+RPU+PS机构的位置正解封闭解,通过上层机构的运动传递关系,得到了三个桨距角的表达式,从而完成了整体机构正解分析.最后,给出机构在一般位形下的位置解算例,实现了旋翼操纵机构的位置正反解精准求解.该研究为旋翼操纵机构的位置解研究提供了参考.

    旋翼操纵机构混联机构运动学正解反解

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    具备实时动态稳定性监测特性的高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承

    高帅韩勤锴褚福磊
    80-88页
    查看更多>>摘要：滚动轴承运行的可靠性和稳定性是制约高速旋转机械性能的关键因素.为实现滚动轴承实时动态行为和稳定性监测,开发了一种高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承.采用单侧开口的冠形保持架,将陶瓷滚珠作为介电材料,与设置在轴承端盖上的叉指电极组合,构成浮动滚动-滑动组合自由层式摩擦纳米发电机.在内外滚道牵引力作用下,介电陶瓷滚珠产生自旋和公转运动,进而扫掠电极输出交流电.电信号的频率特征与瞬态周期特征可作为评估轴承打滑与保持架稳定性的指标.本文研究了径向载荷、转速等工况参数以及电极尺寸、滚动体材料等结构参数对摩擦电轴承信号输出的影响.试验结果表明:较低径向载荷下,滚动体绝对打滑速度随转速升高明显升高;提高径向载荷,轴承保持架旋转稳定性降低.所制造的轴承样机实现了 16 000r/min(DN值约0.45×106r/min·mm)下的稳定输出,并通过了 3千万转的耐久性测试.该研究为高速滚动轴承智能化设计提供了技术参考.

    摩擦电效应稳定性陶瓷滚动体滚动轴承打滑

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    基于峭度曲面极大值的电机轴承保持架故障诊断方法

    刘一龙李心远陈银萍成玮...
    89-99页
    查看更多>>摘要：轴承保持架是电机的故障易发部件,在其转动过程中由于受力小、故障部位激发的冲击弱,通常只有在保持架的兜孔转角处的裂纹非常明显或者断裂后才会引起振动超限报警,影响运行安全.针对电机轴承保持架早期故障诊断的难题,首先,提出了一种基于峭度曲面极大值选取最佳频带的新方法,相比传统方法,该方法能够在强噪声及干扰中有效地找到富含保持架微弱冲击信号的故障频带;进而,提出了一种评估故障频带对应的包络谱的故障显著度的计算方法,能够自动辨识出保持架故障;接着开展了两组电机保持架故障实验,验证了方法对保持架故障诊断的有效性;最后,进行长时间数据采集实验,验证了方法的鲁棒性.

    电机轴承保持架故障峭度曲面早期故障诊断

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    机械传动系统含偏差频率分量协同检测与分解方法

    于小洛杨阳杜明刚何清波...
    100-112页
    查看更多>>摘要：传动系统故障诊断对于保障装备可靠运行具有重要作用,信号分解是传动系统故障特征提取的重要技术手段.由于传动误差、零部件惯性、频率分辨率等,传动系统振动信号的部分分量实测频率往往与根据运动学关系计算的理论频率存在偏差,且分量的存在性判定问题通常被忽略.上述局限导致主流的信号分解方法在处理含偏差频率分量时,面临分解精度及物理可解释性方面的共同挑战.对此,提出一种针对传动系统含偏差频率分量的协同检测与分解方法,借助信号分量间固有的谐波关系对含偏差频率分量进行协同检测,并判定其存在性;协同检测的结果能够进一步作为信号分解的基础,分解精度相比未经协同检测的现有方法大幅提升.通过三个实际应用案例验证了所提方法对平稳工况及非平稳工况下的传动系统信号特征提取的有效性.

    协同检测故障诊断传动系统信号分解

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