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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

    世界制造进入新时代 中国制造开创新境界

    路甬祥
    1-3页
    查看更多>>摘要：世界进入新时代,全球制造展现新境界.美国高科技和尖端军事装备制造仍保持全球领先地位,普通制造业逐年脱实向虚呈萎缩态势.改革开放以来中国制造快速发展,并呈现独特优势,预计2035年中国制造将超越美国登冠全球.分析中国制造的特点和竞争优势.党的二十大为在21世纪中叶达成新时代中国制造强国的宏伟目标,全面阐述了中国制造的特点和发展态势.中国制造将对中国和人类社会智慧、绿色低碳可持续发展做出新的卓越贡献!

    全球制造新时代中国制造新特征新格局智慧绿色低碳

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    蛇形机器人全身避障策略设计与实验研究

    李鹏王刘银王刚马书根...
    4-13页
    查看更多>>摘要：为解决微小型蛇形机器人避障效率低和部分关节与障碍物发生碰撞的问题,提出一种新的基于模型预测控制的蛇形机器人全身避障策略以及适用于蛇形机器人独特结构的制导策略.所提出的避障策略既可在无障碍时准确跟踪期望路径,也可在有障碍时高效避开障碍物,快速回归到原路径中.与现有仅可保证蛇形机器人头部或质心不与障碍物发生碰撞的策略不同,该策略能够保证全部关节与障碍物不发生碰撞,且无需考虑最大碰撞体积和假设蛇尾严格按蛇头轨迹移动,提高了避障效率.此外,通过分析在固定步态下蛇形机器人变化的驱动结构对转弯效率的影响,提出适用于此类转弯效率变化的机器人制导策略,避免机器人发生反复穿梭期望路径的振荡现象.通过大量的仿真和实验验证了所提出的策略的有效性.

    蛇形机器人全身避障模型预测控制

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    多功能并联式六轮足救援机器人

    刘尚非王军政刘冬琛赵江波...
    14-26页
    查看更多>>摘要：针对重大自然灾害救援任务对高机动、大负载和长续航移动机器人平台的需求,提出多功能并联式六轮足救援机器人.设计了具有气平衡传动连杆的轮腿结构以增强负载能力;采用高功率密度电池和燃油发电机混合供电的动力系统以提升续航能力;搭载了属具可更换的7自由度机械臂以应对搬运、破拆等多种任务需求;搭建多传感器融合的环境感知平台和基于5G通信网络的远程操作控制平台以实现远程人机交互控制.设计足式和轮式运动模态以满足机器人的基本运动需求,针对复杂、恶劣的地形条件,设计变机身高度、变支撑面的轮腿复合运动模态.基于机身动力学模型设计了姿态平稳最优控制器,配合机身高度控制器和足端力跟踪控制器实现了轮腿复合运动时的主动隔振控制.通过气平衡节能测试验证了气平衡传动连杆的节能效用;通过越障、跨沟和主动隔振试验,分别验证了机器人在应对障碍物、沟壑时的越障能力和在斜坡、崎岖地形下的运动稳定性,为机器人应对灾区恶劣环境、完成救援任务奠定了基础.

    轮足机器人气平衡轮腿复合运动主动隔振

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    滚动接触式连续体机械臂运动学分析与堆叠构型优化

    金滔汪田鸿普京张泉...
    27-37页
    查看更多>>摘要：滚动接触式连续体机械臂具有良好的柔顺性和灵活性,能够更好地执行非结构化狭窄环境中检修和探测等任务,但由于滚动接触单元堆叠构型的不同,可能造成机械臂在运动时存在整体弯曲角和末端姿态角不一致的现象,从而影响机械臂的可达性.针对上述问题,设计滚动接触式关节单元,提出三种不同堆叠构型的连续体机械臂,通过坐标变换方法建立机械臂的运动学模型;基于机械臂末端弯曲角和姿态角的数学模型,对比分析三种堆叠构型机械臂弯曲角和姿态角的偏差曲线以及末端操作空间.在此基础上,开展三种堆叠构型机械臂在狭小弯曲管道内运动的实验,结果证实对称堆叠构型的机械臂在狭窄弯曲路径内具有完整的视野和最佳的通过性.上述研究为滚动接触式连续体机器人在微创手术、空间探测等非结构化复杂环境下的精确控制提供了技术支撑.

    连续体机械臂滚动接触关节堆叠优化运动学

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    一类新型末端铰接高速并联机器人建模与动力尺度综合

    梁栋庞书康宋轶民畅博彦...
    38-55页
    查看更多>>摘要：研究一类新型末端铰接高速并联机器人的建模与尺度综合方法.该类机器人包含两款构型,其由3条近似对称布置的主动支链及1条连接静平台与末端执行器的随动UPU支链构成.与传统Delta并联机器人结构不同,该类机器人末端采用铰接结构,无显式动平台,机器人质量轻盈,从而具备优异的高速/高加速性能;同时,支链被动杆采用偏置设计,使其位置逆、正解均具有解析表达式.首先,借助螺旋理论阐释典型构型的自由度,并指出其结构/运动可拓展性.其次,建立完备的系统运动学与多情形下的刚体动力学模型,借助数值计算与多体动力学软件验证模型的可靠性.在此基础上,充分考虑惯性项、速度项与重力项,构造出动力学性能评价指标,并辅以尺度/几何及运动传递性能等约束,对机构性能开展单调性分析与遗传算法优化求解.最后,将拥有最优尺度参数的新型并联机器人与相同尺度下的Delta并联机器人进行运动学性能对比,结果表明,所提新型并联机器人运动学性能更有优势,应用前景广阔.

    末端铰接高速并联机器人动力学建模尺度综合性能对比

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    磁流变软体机器人滚动-变形运动特性

    华德正申玉瑞彭来王其雨...
    56-65页
    查看更多>>摘要：为实现软体机器人的无缆化驱动,同时避免多自由度磁控结构的相互干扰,设计一种基于磁流变液的磁控软体机器人.利用磁流变液毫秒级磁化和无磁矫顽力的特性,设计磁流变液中磁性粒子链在梯度磁场下的动态驱动方式,实现磁控结构的可重构磁化功能.首先介绍磁流变软体机器人的结构模型和制作流程,建立软体机器人滚动-变形运动模式.分析磁流变软体机器人在磁场和应力场作用下的动力学关系,建立不同运动阶段的力学平衡方程.利用COMSOL有限元仿真软件对磁流变软体机器人的单步运动状态进行研究,验证多物理场下滚动-变形运动模式的可行性.最后搭建基于机械臂-永磁体的磁场控制实验平台,开展磁流变软体机器人单步运动、连续运动、越障运动、坡面运动、直行-转向运动的实验测试.实验测试结果表明:磁流变软体机器人能够在平面内任意方向实现稳定、连续运动,且内部磁控结构相互之间无磁场干扰,为磁控软体机器人的结构设计和驱动方法提供了新思路.

    磁流变液软体机器人无缆化驱动滚动-变形运动磁场控制

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    基于信息图谱的膝踝足康复产品形态构型方法

    王年文徐丽于宛佳慧张立杰...
    66-85页
    查看更多>>摘要：针对现有膝踝足康复产品舒适性弱、适配性低、定制化流程繁琐、设计范式缺失的问题,提出一种基于信息图谱建立的膝踝足康复产品内外部形态构型系统与路径,以指导完成与患者精准适配、情感相适的产品方案.首先,针对膝踝足康复产品提出构型系统的信息化模型,形成以信息图谱构建流程为指导的膝踝足康复产品形态构型设计体系;其次,将膝踝足康复产品形态构型需求信息化,分别构建内外构型本体;再次,进行信息化数据整合,通过三维测量和视觉认知理论及技术分别采集并清洗膝踝足康复产品内外部数据,形成针对内部形态的膝踝足参数化指标体系和形态构型库,针对外部形态的产品语义库和形态构型库;然后,完成膝踝足参数化指标体系与内部形态构型库实体链接,产品语义库和外部形态构型库的关联性设置与实体链接,通过Neo4j手段完成膝踝足康复产品内外形态构型信息储存并构建信息图谱;最后,完成设计决策信息化,搭建膝踝足康复产品设计检索系统,指导康复产品设计.通过对膝踝足康复产品构型方法的研究,探索其形制构型规律及感性形态构型导向,形成基于信息图谱的膝踝足康复产品形态构型路径,满足用户舒适性与情感化需求,为膝踝足康复产品形态构型设计提供新的研究思路.

    产品形态构型设计膝踝足康复产品信息图谱三维测量视觉认知

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    基于抓取刚度增强的刚软耦合仿人手设计与实验

    李泳耀江磊刘宇飞杜宇...
    86-98页
    查看更多>>摘要：仿人手在抓取物体时需具备运动自适应性,在与非结构环境交互时需体现出良好的柔顺性和抓取刚度.为此,借鉴人类手指天然的刚软柔性结构及抓取特征,提出基于抓取刚度增强的刚软耦合仿人手设计制造方法.首先,提出仿人手指的刚软耦合设计原理及手指参数选择方法,并将其扩展应用于多关节手指情况.其次,研究手指柔性体在抓取刚度增强前后外力作用下的变形情况,以实现两指夹爪的稳定抓取.在此基础上,提出刚软耦合仿人手指的多材料分层制造方法,并进行仿人手的总体结构设计.最后,开展刚软耦合仿人手抓取实验研究,验证所提方法的有效性,并进一步讨论刚软耦合手指的其他潜在应用方式.

    仿人手指刚软耦合抓取刚度增强自适应抓取

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    基于带通滤波二阶动量观测器的机器人碰撞检测

    谢峰李红杨甄圣超魏华伟...
    99-111页
    查看更多>>摘要：针对六轴工业机器人在工作过程中可能与周围环境和操作者发生碰撞的问题,提出基于巴特沃斯带通滤波构建二阶动量观测器的机器人碰撞检测方法.通过机器人广义动量与外力矩的解耦性关系,定义二阶动量观测器的观测指标为机器人理论动量与实际动量的偏差值,建立了基于二阶动量观测器的碰撞检测模型,并利用巴特沃斯带通滤波器来优化观测器增益以减小噪声带来的误差,并通过仿真验证了此碰撞观测器的有效性.然后应用基于递减权重的粒子群算法对六轴机器人动力学参数进行整体辨识,采用最小二乘法依次求解出各个关节的最小参数集.最后在ROC6六轴工业机器人平台进行动力学参数辨识和碰撞检测实验,实验结果表明,当机器人在工作中发生碰撞时,所设计的动量观测器可以在0.3 s左右检测到,检测到的碰撞力阈值为21.5 N,可以有效保护操作者和机器人的安全.

    六轴工业机器人碰撞检测动量观测器参数辨识

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    滚子类轴承接触精确建模及其瞬态力学响应分析方法

    刘紫檀马帅军闫柯方斌...
    112-121页
    查看更多>>摘要：滚子类轴承因其承载能力强、结构紧凑等特点,在旋转系统中有着广泛的应用.然而,滚子轴承组件间的复合接触形式与多变的运动状态,致使动力学建模困难,并致目前通用多体动力学软件针对滚子类轴承复合接触的求解精度受限.对此,提出了一种基于空间坐标系的滚子轴承五自由度动力学建模方法,以几何接触最为复杂的圆锥滚子轴承为对象,通过解析轴承组件间的瞬时几何位置关系,建立轴承组件动力学微分方程,采用WSTIFF I3求解算法保证了轴承组件间复合接触过程的精确解析.基于二滚子无重力模型以及无滑动转速条件下解析验证,仿真结果与理论值误差小于1％.所提建模方法及其复杂工况时变接触力仿真能力为滚子类轴承的接触应力及寿命预测提供了新的分析途径.

    圆锥滚子轴承建模方法五自由度滚子时变曲线二次开发

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