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期刊信息/Journal information
机械设计与制造
机械设计与制造

张义民

月刊

1001-3997

mdm1963@163.com

024-86899120

110032

沈阳市北陵大街56号

机械设计与制造/Journal Machinery Design & Manufacture北大核心CSTPCD
查看更多>> 本刊为月刊，1963年创刊，中文核心期刊，中国期刊方阵双效期刊，中国科技核心期刊，国内外公开发行。期刊为大16开国际版本，彩色塑封封面，每期发行量万余册，读者人数超百万。几十年来多次受到国家机械部、中国机械工程学会、新闻出版局、科委等主管部门的表奖，是我国机械行业最有影响的专业刊物之一。
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    空间机器人末端抗干扰优化控制方法

    朱敏陈山
    243-247页
    查看更多>>摘要：存在外部干扰以及模型参数不精确时,自由漂浮空间机器人(Free-floating Space Robot,FFSR)末端控制精度无法保证且输出力矩将明显增大,针对此问题提出了一种基于干扰观测器的优化控制方法.首先,根据拉格朗日方程和动量矩守恒定律获得了 FFSR的动力学方程和运动学方程表达式.而后,基于FFSR名义模型设计SDRE优化控制器,实现输出力矩和输出误差两项指标的最优化.进而,为克服外部干扰以及参数误差引起的模型不确定性,设计非线性干扰观测器对不确定部分进行在线估计,并反馈到控制器输入中,进一步提高机器人末端轨迹跟踪精度.最后,以两自由度的二连杆空间机器人为对象进行Matlab/Simulink仿真.结果表明:当开启干扰观测器时,这里所提方法在末端跟踪精度以及控制器输出力矩这两项指标上均有明显改善.

    外部干扰自由漂浮空间机器人干扰观测器优化控制方法

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    一种对地图特征定向采样的改进A*算法

    赵梓辛肖世德靳天石杨明亮...
    248-252,257页
    查看更多>>摘要：在移动机器人全局最优路径规划中,提出了一种对地图特征定向采样的改进A*算法,指在确保安全的前提下兼顾算法的效率和最优性.此算法分为三个部分,第一部分地图前处理,为确保路径安全无碰撞先进行障碍物膨胀处理,再借鉴基于采样的方法思想,但对地图特征进行定向采样,避免了基于采样的算法的随机性带来的路径成本过高问题.第二部分邻接矩阵构建,将采样所得特征点与始末点连接,将各点坐标及通断信息以邻接矩阵存储.第三部分路径搜索,用邻接矩阵替代原地图,并使用基于搜索的算法找出最优解,此时邻接矩阵信息量远低于原地图,避免了基于搜索的算法在处理大量节点时效率低下的问题.将改进的A*算法与传统A*路径规划算法在栅格地图中进行仿真对比.结果表明,虑移动机器人外围尺寸的障碍物膨胀处理能够确保规划出的路径是安全无碰撞的.改进A*算法的路径更短,冗余拐点更少,规划效率更高,特别是路径总转角降低达到60％,同地图再次规划时的规划效率可提升40％.

    全局路径规划移动机器人地图特征改进A*算法

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    步态数据挖掘在爬壁机器人路径规划中的应用

    杨云魏秀卓赵艳
    253-257页
    查看更多>>摘要：为减少不确定因素对爬壁机器人工作进程的影响,保障其在面对固定障碍物或移动障碍物时也能规划出最优路线,提出了越障步态数据挖掘下实时路径规划方法.利用蚁群搜索可行路径,通过更新信息素并加入避障策略从蚁群搜索路径中择优出无障碍最优解,同时利用声呐实时探测移动障碍物,使机器人能够动态判断突发障碍并作出有效避让行为,最后利用贝塞尔曲线对规划路径平滑处理,使机器人移动行为更加灵敏减少耗能.实验结果表明,所提算法的规划路径更为平滑,折点较少,算法收敛稳定且迅速,方法有效可行.

    爬壁机器人路径规划蚁群信息素避障策略避障因子路径平滑

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    谐波齿轮传动的柔性双连杆机械臂定位

    庄志忠褚伯贵
    258-262,267页
    查看更多>>摘要：针对低刚度机构和连杆之间的耦合转矩引起的机械振动问题,提出了一种适用于谐波齿轮传动柔性双连杆机械臂的解耦定位控制方法.首先,构建了双连杆三惯量机械臂的物理模型.然后,对传统2自由度(2-DOF)控制框架中的性能恶化问题进行了分析.其次,将机械臂近似为线性双连杆双惯性系统并引入多输入多输出系统的解耦器来实现解耦,并构造了基于半闭环结构的2-DOF串联控制系统,以便补偿传动系统中的角传动误差.以两个典型多连杆运动为例,对所提解耦定位控制方法的有效性进行了验证.研究结果表明,相比于准全闭环控制和带角传动误差补偿的半闭环控制,所提解耦控制方法在位置和扭矩波形上均表现出了更好的振动抑制效果,获得了±0.1 mm的精度和0.1 s的稳定时间,有助于构建柔性双连杆机械臂的高性能定位系统.

    协作机器人柔性机械臂谐波齿轮解耦控制振动抑制

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    清扫机器人避障系统区块链私钥分片存储方法

    王祥罗亚丁红发
    263-267页
    查看更多>>摘要：利用常规方法对区块链私钥进行分片存储前未对用户身份验证,存在嵌入时间波动大、私钥的恢复率低以及私钥储存延时长的问题,为此提出清扫机器人避障系统区块链私钥分片存储方法.该方法首先利用环签名算法将私钥转换成密钥,对节点分配环签名算法中的不同身份,进而对用户身份进行验证,其次利用载体图像将私钥嵌入到水印信息中,并根据用户身份进行私钥提取,实现区块链私钥分片存储.实验结果表明,清扫机器人避障系统区块链私钥分片存储方法的嵌入时间波动较小、私钥的恢复率较高,私钥储存延时较短,具有较好的性能.

    避障系统私钥存储小波变换身份认证水印嵌入

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    一种新型手腕部粗大训练康复机器人机构设计

    张广帅毛志贤王春宝韦建军...
    268-274页
    查看更多>>摘要：脑卒中易造成患者肢体偏瘫,影响患者的日常生活质量.手腕部作为人体行为动作的重要执行单元,进行手指抓握与手腕协作等粗大训练具有重要的意义.这里以正常手腕部的运动状态为基础,开发了一种基于手腕部粗大训练康复机器人.通过分析人体手腕部关节结构和关节夹角的生理特征,拟合生成手腕部抓握运动轨迹.构建三自由度的创新康复机器人的结构,实现手部同时抓握、手掌俯仰和手腕旋转运动.开发融合手腕部主/被动训练的康复机器人控制系统,验证机器人的运动功能.实验结果表明,手腕部康复机器人能够分别实现人体手指的抓握、手掌俯仰、手腕旋转的单独运动和相互协作运动,运动范围满足手腕部运动的生理需求.

    手腕关节粗大运动康复机器人主/被动训练

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    负重型下肢外骨骼人机耦合的腿部绑缚系统研究

    陈宗民干静武豪王彪...
    275-279,284页
    查看更多>>摘要：负重型下肢外骨骼的人机耦合程度直接影响其提升人体运动机能的工作效率,为提高外骨骼人机耦合程度,这里对外骨骼腿部绑缚系统进行了研究.通过分析发现外骨骼腿部绑缚系统的一般特征,提出绑缚位置的降低或绑缚数量的增加均能够提升人机耦合程度的假设.将人机耦合系统简化为连杆机构模型并建立运动学与动力学方程.通过OpenSim建立人机耦合系统模型并进行正向动力学耦合仿真与分析,得到行走运动状态下的关节角位移与关节力矩等数据.利用实验样机测试研究腿部绑缚变化与人体生理体征的相互影响与作用,并综合模拟仿真结果探索出了一种人机耦合程度相对较高的腿部绑缚系统,为外骨骼绑缚系统设计提供理论支撑.

    负重型下肢外骨骼人机耦合运动人机耦合程度腿部绑缚系统OpenSim

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    磁力爬柱机器人结构设计与运动分析

    王战中赵童杜启鑫张明亮...
    280-284页
    查看更多>>摘要：针对高铁站雨棚金属支柱缺陷检测问题,提出一种可在金属支柱壁面实现90°转向的磁力吸附爬柱机器人.该机器人可在支柱上完成前进后退、90°转向与调节工作间隙等动作.通过对机器人在静止与行走时进行静力学分析,得出合适的磁吸附力,并采用Ansys软件对40块(6×4×2.5)cm Halbach阵列布局的永磁铁块在不同工作间隙下进行磁吸附力仿真计算,确定合理的工作间隙.以此为依据,通过Adams软件对各个动作进行仿真分析,验证了机器人的可行性.实验验证了仿真结果的准确性.

    爬柱机器人90°转向Halbach弧形阵列磁吸附装置Adams仿真

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    双目视觉引导的异构件定位抓取系统

    刘建春高永康陈勇忠
    285-288,295页
    查看更多>>摘要：针对机器人示教抓取异构件水龙头仅能适应固定姿态,缺乏自主获取位姿能力的问题,开发了 一套双目视觉引导的异构件定位抓取系统.首先通过单目及双目标定获取相机参数及相对位姿,接着对图像进行预处理、立体校正.经过二值化、形态学等图像处理算法将水龙头待抓取区域提取并且创建为模板.采用模板匹配与极限约束结合的方法进行特征匹配,根据匹配点视差及相机标定结果计算三维坐标,同时利用图像的二阶矩计算偏转角度.最后根据手眼标定矩阵及偏转角转换公式,求得水龙头在机器人基坐标系下的姿态,实现异构件的定位与抓取.实验结果表明x、y、z方向误差分别在±0.9mm、±1mm、±1.4mm以内,偏转角误差在±3.5.以内,具有良好的实用价值.

    双目视觉异构件水龙头模板匹配手眼标定三维坐标

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    3D格子气自动机算法的空间并联机构工作空间搜索算法的研究

    陆彩满刘艳梨古亮吴洪涛...
    289-295页
    查看更多>>摘要：针对并联机构工作空间数值搜索法中冗余问题,结合均匀3D格子气自动机原理中并行计算的特点,提出一种高效且动态的3D格子气自动机的工作空间搜索法.详细阐述了此方法的整个动态演化搜索原理以及算法流程.分别以空间4PPaR并联机构和4PRPaRR为例,根据运动学逆解建立工作空间求解的约束模型,实现4PPaR空间并联机构的可达工作空间、4PRPaRR并联机构定姿态工作空间的3D空间的搜索,验证了该搜索法的可行性和并行搜索能力,讨论了提高该算法搜索能力的影响因素,结果表明:此方法搜索过程动态直观,搜索结果边界轮廓准确清晰,可作为一种新型的并联机构工作空间动态搜索方法,并且具有较强的可扩展特性,同时提高粒子数量、适宜的粒子运动速度、以及粒子集中分布和靠近工作空间都可以提高该算法搜索能力.

    并联机构工作空间3D格子气自动机并行计算

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