期刊,机械工程学报 2024年卷17期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

机械工程学报

主　　编：宋天虎

出版周期：半月刊

国际刊号：0577-6686

电子邮箱：jme@cmes.org cjme@263.net

电　　话：010-88379907

邮政编码：100037

地　　址：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

磁控式小型化医疗机器人研究综述与展望

秦岩丁蔡卓丛申亚京韩建达...

1-21页

查看更多>>摘要：磁控式小型化医疗机器人能够被外部磁场隔空控制,在人体狭窄腔道内主动运动,检查并治疗人体深层的病变区域,在临床医疗领域具有巨大的潜力.根据尺度不同,磁控式小型化医疗机器人可分为厘米毫米尺度的胶囊机器人、毫米微米尺度的连续体机器人、微米纳米尺度的微型机器人.系统总结各自磁控原理、结构设计和潜在医疗应用,并综述最新研究进展.最后,展望磁控式小型化医疗机器人的未来研究方向,包括机器人材料的生物相容性,执行医疗任务的视觉反馈,多种医疗功能集成的小型化,运动控制的稳定性和鲁棒性.

关键词：

磁控式医疗机器人胶囊机器人连续体机器人微型机器人

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人工智能在机器人辅助手术中的应用

马伟佳朱小龙刘青瑶段星光...

22-39页

查看更多>>摘要：机器人辅助手术旨在通过机器人系统协助医生实施外科手术,近年来受到越来越多的关注.人工智能的快速发展加快了机器人辅助手术向微创、智能和自主化的方向发展.综述了人工智能在机器人辅助手术中的应用,从医学图像处理、手术规划与导航、手术机器人运动控制与决策三方面进行总结.借助人工智能技术,医学图像处理的应用使医生更准确地获取具有更高清晰度和更直观立体的影像数据,对病灶和组织进行准确的分割和对齐,以及自动识别和分析医学图像中的病变或异常区域.人工智能在手术规划与导航方面的应用使外科医生可以更准确地规划手术方案,并提供精确的导航引导.通过结合患者的个性化数据和医生丰富的手术经验,人工智能可以帮助医生预测手术风险,并为手术过程中的精确定位和灵巧操作提供实时指导.手术机器人运动控制与决策方面的应用使机器人在手术中能够更有效地执行任务,并做出智能化决策.人工智能算法可以实时分析手术场景的复杂信息,辅助机器人进行精细的运动控制.分析了人工智能在机器人辅助手术的发展机遇和挑战,以对未来人工智能对机器人辅助手术研究的指导和启发.

关键词：

人工智能机器人辅助手术医学图像规划与导航控制与决策

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面向NOTES手术的软镜操作机器人技术进展

王翔宇任帆刘冲许思昂...

40-62页

查看更多>>摘要：软式内窥镜(简称软镜)是实现经自然腔道内镜手术(Natural orifice transluminal endoscopic surgery,NOTES)的关键器械,由于柔性镜体本身所具有的安全性高、可达范围广和运动灵活等优势,软镜操作技术已经被应用在越来越多种类的外科手术中.考虑到人工操作过程中存在难度大、学习周期长、人力成本高、依赖临床经验和易受有害辐射等问题,研发并利用软镜操作机器人代替人工操作,可以实现更加安全、精准、智能的NOTES手术.旨在总结当前软镜操作机器人在建模、控制与规划方面的研究现状,探讨相关技术的研究趋势和面临的挑战.介绍了国内外代表性软镜操作机器人系统,总结了现有软镜操作机器人系统的运动特点.从模型、控制和规划三个角度对当前的软镜操作机器人技术进行了详尽的研究现状综述.总结和分析了当前研究内容中的不足和自主化软镜操作技术发展所面临的挑战,并对软镜操作机器人的进一步研究方向进行展望.

关键词：

软镜操作机器人柔性内窥镜腱鞘人工肌肉软镜控制运动规划

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面向眼内手术的主操作器设计与零力控制方法研究

宗俊杰杨洋王朝董郑昱...

63-71页

查看更多>>摘要：以视网膜血管注药为代表的眼内手术需要医生在眼内狭小空间中实现长时间、微米级精准操作.受限于医生手部的生理性颤抖、力感知能力,目前这一术式难以应用于临床实践.主从式手术机器人为解决此问题提供了可行途径,该方法中医生通过主操作器控制从机器人完成手术,可规避前述不足对手术效果的影响.但常用的主操作器面向的是通用环境,自由度类型、控制方法均不符合眼内手术的应用场景,导致医生学习成本过高.针对此问题,提出一种面向眼内手术的主操作器,进行了构型和结构设计、样机制作和装配,并完成了对主操作器的动力学参数辨识和基于转矩控制的零力控制算法设计与验证.

关键词：

眼科手术机器人主操作器动力学参数辨识零力控制

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适应性气管支架植入机器人系统设计与验证

李英田童鑫陈星宇莫菲...

72-79页

查看更多>>摘要：提出了一种气管支架的设计与制备方法以从原理上适应气管的自体差异与病变引发的结构差异,并为支架设计了软-硬可变特性以满足支架植入前后不同的刚度需求.设计了支架递入装置,通过球囊膨胀改变支架形态,保障支架在气管中的适应性变形,并为用于树脂固化的光纤预留了递送通道.设计了移动平台与五轴机械臂,为递送装置与支架提供大范围空间运动与精细递送操作的能力.集成各组件完成了适应性气管支架植入机器人系统的开发.提出了支架设计与受压变形分析理论,使用压力测试平台验证了理论的有效性并评估了支架的抗压性能.使用同一制备尺寸的支架,实现了支架对于不同内径与内结构腔道的适应性贴合.最后,使用支架植入机器人系统,在人体气管仿体中进行了气管支架植入术的实验验证.

关键词：

手术机器人支架植入术多螺旋支架适应性变形变刚度

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基于回转夹持递送的导管摩擦驱动研究

任宝珍赵岩张建华张建军...

80-90页

查看更多>>摘要：针对血管介入机器人中超长径比柔性导管的大行程高效递送操作问题,提出一种回转夹持连续递送的导管驱动模块,兼具卡爪结构可靠夹持与滚轮摩擦结构连续递送的优势.从微观角度分析回转夹持结构与导管之间的摩擦机制,得出接触面积、法向载荷、摩擦力的计算公式,从宏观角度分析导管径向夹紧变形量与法向载荷、摩擦力之间的关系,为实际手术中所需的递送力提供理论模型;通过ABAQUS仿真软件分析了回转夹持递送模块、单组滚轮结构、两组滚轮结构夹持导管时的接触应力与接触面积,比较三种结构夹持对导管的破坏程度;再次,通过搭建轴向抓取力,周向抓取力,轴向精度,周向精度检测平台,得到驱动模块的最大抓取力与精度;通过体外血管模型设置主动脉弓三个分支动脉的递送任务,通过与模拟往复拖拽结构实验对比,验证了回转夹持连续推捻模块对导管递送效率的提升.仿真和实验结果表明,提出的回转夹持连续递送的导管驱动模块夹持可靠,最大轴向推送力为26.6 N,最大旋转扭矩为30.56 mN·m,且递送效率优于往复拖拽结构,完成三个任务的平均时间分别减少了 42.3％、27.6％、45.7％,轴向驱动精度为0.9 mm,旋转精度为0.63°,能满足手术要求.

关键词：

介入机器人回转夹持可靠夹持摩擦驱动

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基于GSO-RF意图识别算法的全身助力外骨骼控制方法研究

袁小庆吴涛原勋王文东...

91-101页

查看更多>>摘要：针对现有助力外骨骼结构复杂、功能单一的问题,基于人体工学理论,设计一套上下肢一体化的全身助力外骨骼,提升助力效果.针对助力外骨骼运动意图识别准确率不高的问题,提出一种基于位姿信号、肌电信号的运动意图识别方法,引入有限状态机(Finite state machine,FSM),设定三种穿戴者运动状态;使用随机森林(Random forest,RF)算法对人机交互信号进行分类,确定穿戴者运动意图;采用人工萤火虫优化算法(Glowworm swarm optimization,GSO)优化随机森林,提高分类准确率,减少分类时间.为提高外骨骼控制系统轨迹跟踪精确性,保证外骨骼运动柔顺性,提出一种基于导纳自适应模糊反演算法的运动控制策略.搭建外骨骼实验平台,进行运动意图识别和轨迹跟踪实验,结果表明运动意图识别准确率可达96.6％,且实时性较好,提出的控制策略有效可行,轨迹跟踪效果较好.通过助力效能实验证明外骨骼的助力性能良好.

关键词：

全身助力外骨骼运动意图识别人机交互运动控制

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一种人机共融的手指外骨骼机器人设计与验证

于金须闫建华王孝冉张立杰...

102-110页

查看更多>>摘要：手指外骨骼机器人是一种手部康复训练装置,传统的连杆型手指外骨骼机器人通常只考虑远指关节的末端轨迹重合度,未考虑掌指关节和指间关节的末端轨迹,无法保证手指能够自然的屈伸,存在舒适性和安全性问题.基于人机共融外骨骼机构构型综合方法,建立了人机构型的约束方程,提出了人机共融设计方法,认为外骨骼机器人在穿戴后与手指共融为一个整体机构.设计了自适应角度采集设备进行了数据采集实验,并拟合出2个指关节关联性函数,将其引入人机构型约束方程,通过粒子群算法求解并优化了尺度参数,完成人机共融外骨骼机器人设计并仿真分析了其工作空间.搭建了外骨骼机器人样机并进行了实验,结果显示机器人样机具备人机共融特性,能够很好地拟合三关节末端的轨迹,证明了设计方法的有效性.

关键词：

人机共融连杆型手指外骨骼机器人关节末端轨迹指关节关联性函数工作空间

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面向多关节训练的并联柔索驱动下肢康复机器人设计与分析

张禹泽赵竞夫赵振伟康荣杰...

111-122页

查看更多>>摘要：目前我国康复需求巨大,并呈现持续增长趋势,康复机器人是解决这一问题的重要手段.针对现有下肢康复机器人在人机交互、训练方式及经济性等方面的局限,提出了一种采用柔索机构的并联柔索驱动下肢康复机器人,通过四根并联分布的柔索实现对使用者下肢大范围被动训练运动.建立了该机器人的运动学、静力学模型,并对柔索驱动中的滑轮摩擦力进行了建模与辨识.针对使用者的每次使用所处位置不确定的问题,提出了一种无需借助外部设备的使用者位置自主辨识方法.基于位置辨识,该机器人对使用者康复训练参数进行适应性调整,以实现精确康复策略.搭建了实验平台,通过实验验证了使用者位置自主辨识的可行性,并探究了关节力矩以及受力的规律,检验了下肢康复机器人被动训练的准确性.

关键词：

下肢康复柔索驱动位置辨识摩擦力柔性康复机器人

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并联腕康复机器人的设计与运动学性能评价

张雷雨常雅威俞振东于洋...

123-132页

查看更多>>摘要：中国脑卒中患者数量的巨幅增长且后遗症对患者生活质量带来严重影响,尤其手功能丧失最为突出,给社会经济带来巨大负担.因此,研发了人-机-环境高度融合的并联腕康复机器人,借助定制的直线推杆,具备良好的穿戴舒适性、承载性和高运动精度,能够适应腕关节运动轴线错位.基于腕关节生理体征、康复训练需求、运动学特征和可穿戴性,进行并联腕康复机构的构型综合,优选出2-SPU/RR并联构型,研制结构紧凑、运动精确及高支撑刚度的并联腕康复机器人样机.建立该康复机构的运动学模型,进行可操作度、灵巧性、刚度分析和运动学性能评价.分析结果表明:该并联机构能够满足康复运动的自由度需求,且运动平滑无突变,在康复运动范围内,不存在奇异位形,且具有良好的可操作性、灵巧性和各向同性.

关键词：

腕康复并联机构可穿戴性运动学性能

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