中国机械工程

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1. 基于Hertz接触理论的整体叶盘百页轮抛光材料去除深度建模研究

张军锋, 吴晓君, 史耀耀, 蔺小军

中国机械工程 2023, 34 (06): 668-676. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.005

摘要（695）

PDF（pc）（5074KB）（1480）

为了揭示复杂曲面百页轮抛光的材料去除机理，假设磨粒凸出高度服从正态分布，通过Hertz接触理论得到了接触区的抛光压力分布模型，然后基于弹塑性接触理论进行单颗磨粒受力分析，结合百页轮表面磨粒凸出高度分布函数建立了磨粒切入深度模型。在此基础上，综合主轴转速、进给速度和磨粒切削沟槽形状等确定了单颗磨粒的材料去除体积，并通过沿抛光轨迹积分的方法建立了材料去除深度模型。实验结果表明，材料去除深度的预测值与实验值的最大偏差和平均偏差分别为4.85%和2.95%，验证了所建材料去除深度模型的正确性和有效性。

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2. 超精密加工误差补偿技术研究综述

陈启迪, 胡小龙, 吝敏, 孙晓霞, 张涛, 周志雄

中国机械工程 2023, 34 (03): 253-268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.001

摘要（2547）

PDF（pc）（8557KB）（1397）

超精密加工技术是高端制造领域的一项关键技术，当前超精密加工已进入纳米尺度，掌握超精密加工误差控制关键技术、保障并提高数控机床的加工精度，已经成为提高加工制造水平的研究热点。系统总结了超精密加工误差补偿技术研究现状及发展趋势，重点介绍了对超精密加工影响最大的几何误差、力诱导误差、热诱导误差及其补偿方法。在此基础上，深入探讨了超精密加工在几何误差分离，切削力、热诱导误差测量与补偿等方面存在的一系列问题，进一步指出超精密加工误差补偿技术还应关注其向高效、高精，通用化，模块化，智能化及柔性化的发展方向。

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3. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

闵德垒, 童汝亭, 危银涛

中国机械工程 2023, 34 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.001

摘要（713）

PDF（pc）（7794KB）（1261）

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法，并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征，通过摄动分析得到等效稳定性因数，进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明，考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度，提高车辆稳定性的控制效果。

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4. 基于自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法

田宗睿, 智鹏鹏, 云国丽, 郭新凯, 官毅

中国机械工程 2023, 34 (08): 931-940. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.007

摘要（639）

PDF（pc）（9011KB）（1008）

提出了一种自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法。依据结构特征及优化目标，构建了增量Kriging代理模型，并提出混合加点采样策略，提高增量Kriging代理模型的自适应性；提出了柯西变异多目标粒子群优化(CMMOPSO)算法，通过改进惯性权重因子、个体学习因子和社会学习因子，同时引入柯西变异策略，提高优化模型求解的效率和精度；构建以结构相关参数为设计变量、性能指标标准差为目标、3σ变量缩减区间为约束的优化模型，综合CMMOPSO算法和灰色关联分析获得多目标稳健优化最优解。算例分析结果表明，所提方法不仅能够以较少的性能函数调用次数获得高精度结构优化模型，而且优化结果与传统方法相比，收敛速度更快、稳健性更好。

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5. 2022年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

叶鑫, 朱明亮, 黄志权,

中国机械工程 2023, 34 (04): 379-386. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.001

摘要（1200）

PDF（pc）（2658KB）（998）

介绍了2022年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科（工程科学二处）科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况，阐述了学科在落实科学基金改革、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措，展望了2023年的主要工作。

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6. 不同梯度变化方式的不规则多孔结构设计与力学性能分析

汤永锋, 路平, 刘斌, 江开勇, 颜丙功, 刘嘉伟, 韩伟,

中国机械工程 2022, 33 (23): 2859-2866. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.23.010

摘要（952）

PDF（pc）（9383KB）（958）

基于Voronoi图设计了4种不同梯度变化方式的不规则多孔结构，通过光固化成形工艺制备了这4种梯度多孔结构。对这4种梯度多孔结构分别进行了纵向（载荷方向平行于梯度方向）和横向（载荷方向垂直于梯度方向）压缩实验，研究其变形特点和力学性能。结果表明，梯度多孔结构在横向压缩时的变形特点与均匀多孔结构相似，纵向压缩时则表现出逐层坍塌的变形特点。在孔隙率相近的情况下，不同的梯度变化方式能够影响纵向压缩时的力学性能，对横向压缩的力学性能基本没有影响。降低梯度多孔结构的平均孔隙率可以提高结构力学性能。最后通过等应力复合模型和Voigt模型预测了梯度多孔结构纵向和横向压缩的弹性模量，预测结果与实验结果的相对误差基本都在10%以内。

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7. 行人与自动驾驶汽车的交互研究

吕伟, 郭伏, 刘莉, 张泽宇, 王天博

中国机械工程 2023, 34 (05): 515-523. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.002

摘要（1087）

PDF（pc）（3924KB）（940）

从行人汽车环境系统视角出发，探索道路交通系统中行人安全设施、自动驾驶汽车让行行为、驶近方向以及外部人机界面（eHMI）等因素对行人与自动驾驶汽车交互过程的影响。基于洞穴式自动虚拟环境（CAVE）仿真平台，使用Unity 3D软件设计、开发了自动驾驶汽车的驾驶场景，招募38名志愿者参与行人与自动驾驶汽车交互实验，并记录交互过程中行人的决策时间、决策结果和交互体验等数据。利用生存分析对38名行人被试的实验数据进行了统计学分析，结果表明：在有自动驾驶汽车的交通环境中，行人安全设施、自动驾驶汽车的让行行为和eHMI能够显著缩短行人决策时间、提升交互体验、提高交通效率。但行人安全设施对行人决策与行为的影响主要体现在过街间隙出现的早期，汽车让行行为的影响相对滞后，同时光带式eHMI用于传达自动驾驶汽车让行意图的效力和清晰度有限。

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8. 工业机器人能耗预测研究

庹军波, 彭秋媛, 张贤明, 李聪波

中国机械工程 2022, 33 (22): 2727-2732,2740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.010

摘要（1042）

PDF（pc）（2858KB）（901）

针对工业机器人传统能耗预测方法存在的模型复杂、操作繁琐、测量成本高等问题，从机器人末端动作模式和运动轨迹角度出发，提出了一种基于元动作的工业机器人能耗预测方法。首先分析工业机器人静态和动态运行时的元动作和能耗特点，建立轴移动、轴转动等动态元动作的能耗描述函数及静态元动作的能耗描述函数；然后基于所建元动作库对目标过程进行元动作分解，并构建各元动作的能耗计算模型；最后结合各元动作能耗描述函数和能耗计算模型，实现工业机器人目标过程的能耗预测。应用所提方法，只需事先测试元动作功率并构建能耗描述函数，就能通过分解目标过程实现能耗预测，具有较广阔的应用前景。

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9. 超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

黄云, 黄建超, 肖贵坚, 刘帅, 林瓯川, 刘振扬

中国机械工程 2024, 35 (01): 2-26. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.001

摘要（1078）

PDF（pc）（50387KB）（879）

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差，因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素，因此，首先基于超疏水表面作用机制，对超疏水表面织构进行了归纳，旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题；然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结，从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施，为拓展超疏水表面加工体系提供思路；进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段，并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法；最后，展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景，以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

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10. 我国中小企业数字化转型的模式与对策

王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1756-1763. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013

摘要（1403）

PDF（pc）（5220KB）（815）

推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题，且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架，明确了实现数字化转型关键因素，通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究，为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议，以期推动中小企业数字化、智能化发展。

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11. 流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

李荣启, 闫涛, 何智成, 米栋, 姜潮, 郑静

中国机械工程 2024, 35 (03): 487-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.011

摘要（1057）

PDF（pc）（5000KB）（796）

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热力耦合或者流热耦合的设计，且大多局限于简单结构，未考虑流热力三场共同作用下的设计，限制了结构性能的提升。针对流热力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战，提出了一种流热力耦合拓扑优化方法，以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程，对计算域的流固材料进行统一表征；然后以最小化平均温度为目标，以流动能量耗散和结构柔度为约束，建立了流热力耦合的拓扑优化模型，并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析；最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计，得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

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12. 含Ni量、渗氮层深度及喷丸强化对42CrMo齿轮弯曲疲劳性能影响研究

武忠睿, 陈地发, 吴吉展, 杨玉典, 刘怀举

中国机械工程 2024, 35 (03): 394-404. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.002

摘要（555）

PDF（pc）（9652KB）（750）

针对不同含Ni量、渗氮层深度和喷丸强化组合的42CrMo齿轮开展弯曲疲劳试验，探究了不同工艺组合的齿轮弯曲疲劳极限提升效果，为齿轮抗疲劳制造提供工艺指导。基于随机森林算法分析了不同工艺组合齿轮的表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量对弯曲疲劳极限的贡献度，采用多元回归建立了考虑表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量的齿轮弯曲疲劳极限预测公式。预测值与试验值相比，最大误差可以控制在7.80%以内，为工程应用中快速、低成本评估齿轮弯曲疲劳极限提供了理论依据。

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13. 考虑设备预维护的特种车辆白车身试制车间绿色调度优化方法

李西兴, 周文龙, 唐红涛, 吴锐,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1832-1847. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.008

摘要（544）

PDF（pc）（9794KB）（743）

综合考虑最长完工时间、设备总能耗以及总烟尘排放，构建了典型柔性作业车间多目标绿色调度优化模型，并设计了一种改进人工蜂群算法对其进行求解。首先，根据激光设备功率会发生周期性衰减的特点，提出了一种区分激光设备和普通机械设备的预维护策略，以减小最长完工时间并降低设备故障发生频率。其次，设计了一种基于设备分配和功率选择的变异方式以增强算法局部搜索能力，并在跟随蜂阶段引入基于拥挤距离的选择方法进行种群更新以获得优质个体。最后，扩展现有通用测试集并开展对比实验，同时以某汽车装备制造企业的特种车辆白车身试制车间为实例，进一步验证了模型与算法的有效性和可行性。

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14. 基于SAO的专利数据驱动产品创新设计

林文广, 刘晓东, 肖人彬

中国机械工程 2023, 34 (15): 1765-1777. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.001

摘要（695）

PDF（pc）（5241KB）（732）

借助大数据挖掘技术，提出基于主语-谓语-宾语（SAO）的专利数据驱动产品创新设计方法。首先通过语义依存句法挖掘专利文本数据库中的SAO结构，获取产品元件之间的作用关系信息；其次构建面向产品系统的复杂网络知识模型，并引入结构洞理论计算复杂网络中元件约束性系数，以此确定创新目标元件，并借助Word2Vec计算元件语义相似性系数，利用SAO相似性算法计算功能相似性系数；在此基础上，融合推荐算法以及组合矩阵，分别围绕结构创新、功能创新以及功能优化三个方面实现产品创新。最后以具有典型代表性的卫浴花洒产品为例，对所提方法进行了详细的演示，充分证实了所提方法的有效性和先进性。

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15. 摆线针轮多齿啮合特性与承载接触分析方法

王永强, 魏冰阳, 徐家科, 杨建军

中国机械工程 2023, 34 (10): 1151-1158. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.003

摘要（662）

PDF（pc）（4467KB）（720）

采用包络法推导了摆线轮齿廓方程并进行了齿面接触分析，获得了齿面接触参数；提出侧隙几何学分析的精确算法，解决了传统侧隙算法只能针对等移距修形的缺陷；采用逐齿消隙法求解变形协调方程，避免了常规啮合分析的误差与不确定性，提高了承载接触分析的计算精度和计算效率。给出了齿面接触分析到承载接触分析的完整计算流程，获得了任意转角位置、不同修形方式的精确载荷参数。

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16. 双电机精密传动机构消隙方法研究

郑杰基, 陈凌宇, 范大鹏, 谢馨

中国机械工程 2022, 33 (22): 2684-2692. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.005

摘要（1235）

PDF（pc）（6537KB）（714）

针对双电机精密传动机构两路传动链间隙引起的速度波动大与冲击的问题，对系统的间隙消除方法展开了研究。建立了包含行星减速器输出端齿轮与大齿圈啮合间隙的机构动力学模型，通过模型仿真分析了传动链间隙大小对系统特性的影响；在此基础上，提出了基于速度指令的动态偏置力矩和基于差速负反馈的交叉耦合同步控制相结合的复合消隙方法。搭建了双电机精密传动机构实验测试装置，进行了消隙方法的验证实验。实验结果表明，在简单的速度闭环情况下，所提的复合消隙方法不仅能够保证完全消除系统间隙，还可以将系统速度跟踪精度最大提高73.38%，启动阶段的冲击幅值最大衰减76.35%。研究成果为双电机精密传动机构高精度控制方法的进一步研究打下基础，为齿轮传动系统间隙的消除提供了一种参考方案。

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17. 轮毂电机驱动越野车原地转向控制

付翔, 刘泽轩, 刘道远, 李东园,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1251-1259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.015

摘要（744）

PDF（pc）（6293KB）（698）

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题，利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势，开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型，阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律，建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹，并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量，执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制，同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明，开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪，并将转向中心偏移量限制在500 mm以内，提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性，实现了“既快又稳”的原地转向。

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18. 时滞金属切削系统颤振的研究进展

任勇生, 姚东辉, 张金峰

中国机械工程 2023, 34 (21): 2548-2567,2576. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.004

摘要（558）

PDF（pc）（9923KB）（658）

金属切削系统通常带有鲜明的时滞特征。颤振是广泛存在于金属切削加工过程的一种高度复杂动力学现象，而颤振预测是实现稳定切削的前提。从切削系统颤振预测的理论、在线监测方法，以及各种影响因素等方面对金属切削动力学研究的进展进行评述，简要介绍了不同材料在机床结构动力学设计中的应用研究进展，指出了存在的问题及其今后的研究方向。

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19. 小轴交角面齿轮副齿面展成与啮合特性分析

周如传, 吴文敏, 冯曼曼, 郭辉, 蔺彦虎

中国机械工程 2023, 34 (06): 631-640. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.001

摘要（935）

PDF（pc）（6100KB）（656）

为了增强直升机传动系统中小角度齿轮传动副的啮合性能，对小轴交角面齿轮副进行齿面几何与啮合特性研究。建立了小轴交角面齿轮副展成坐标系，并基于齿轮啮合原理推导了其齿面方程。基于蜗杆推导了拓扑修形的圆柱齿轮齿面方程，并将该圆柱齿轮应用到小轴交角面齿轮副中。进行了轮齿接触分析，并研究了安装误差对啮合的影响规律。为评价小轴交角面齿轮副的传动性能，进行了应力计算分析，并与锥形渐开线-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明：相对于圆柱齿轮齿向修形，拓扑修形可有效避免小轴交角面齿轮副的边缘接触，减小接触应力和弯曲应力；相同参数下，小轴交角面齿轮副的接触应力和弯曲应力均比锥形渐开线齿轮-圆柱齿轮副小约27%。

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20. 集成强化学习算法的柔性作业车间调度问题研究

张凯, 毕利, 焦小刚

中国机械工程 2023, 34 (02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.010

摘要（1080）

PDF（pc）（4473KB）（655）

将柔性作业车间调度问题转化为马尔可夫决策过程，提出了集成5种深度Q网络（DQN）优化的算法D5QN。构建马尔可夫过程中，提取一组特征来表述状态，通过调度规则的组合设计出三组动作，通过直接和间接两种方式共同描述奖励。与基于规则、元启发式和其他强化学习算法的比较证明，所提方法可进一步缩短求解时间，并具有可行性和有效性。

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21. 一种仿蝗虫弹跳机器人的设计与制作

王铠迪, 陈岁繁, 唐威, 秦可成, 李其朋, 杨展, 刘阳, 邹俊

中国机械工程 2023, 34 (24): 2946-2951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.006

摘要（861）

PDF（pc）（3896KB）（636）

为了提高小型机器人的机动性，增加运动步态的多样性，基于蝗虫的身体结构和运动机理设计了一款仿蝗虫弹跳的跳跃机器人，机身主体采用3D打印制作而成。为了复现蝗虫的弹跳动作机理，在机器人主体的连接处安装了扭转弹簧来模拟蝗虫的SLP机构（半月形储能机构），当机器人遇到障碍物时，扭转弹簧将储存的弹性势能释放，产生地面反作用力，实现机器人的弹跳从而越过障碍物。经实验验证，该机器人具有良好的跳跃性能，其跳跃距离可达100 cm，跳跃高度可达120 cm，约为自身身长的15倍。

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22. 机器组成概念从近代到现代的演变

张策, 杨廷力, 刘建琴

中国机械工程 2023, 34 (10): 1135-1139. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.001

摘要（815）

PDF（pc）（2405KB）（629）

随着生产力的发展，机器在发展，“机器组成”的概念也在演变。现代社会对机器的要求逐步提高，而复杂的机器来源于对传统机器的改造，了解机器的演变是对传统机器进行改造的必要过程。马克思在《资本论》中描述了机器的组成，当时适逢第二次工业革命开始，但其后不过数年，控制系统就加入到机器中，马克思的“机器组成说” 开始被突破；20世纪下半叶，在第三次科技革命中，机电一体化概念出现，电子技术、控制技术和传感器技术等被融入到机械系统中。通过机械的发展历史说明了机器组成概念的演变过程，并提出了更准确的现代机械系统的定义，从而给人以启发，增加对机器本身的了解，对现代机械产品设计者具有指导意义。

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23. 基于仿真数据驱动和领域自适应的滚动轴承故障诊断方法

董绍江, 朱朋, 朱孙科, 刘兰徽, 邢镔, 胡小林

中国机械工程 2023, 34 (06): 694-702. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.008

摘要（1054）

PDF（pc）（6394KB）（622）

针对实际工业环境中较难获取大量的高质量滚动轴承故障数据，智能诊断模型泛化性能差的问题，提出了一种基于仿真数据驱动和领域自适应的故障诊断方法。首先，建立仿真数据驱动故障诊断所需的物理模型，并根据轴承的型号及相应工况模拟不同故障形式，获得丰富的仿真数据；其次，采用迁移学习的方法解决仿真与实际故障数据存在数据特征分布不一致的问题，通过残差通道注意力机制网络提取不同领域的迁移故障特征，采用考虑了源域与目标域数据特征的条件分布差异的条件最大均值差异度量准则进行网络训练过程中不同领域的自适应操作；最后，在人为损坏和加速寿命实验损坏的轴承数据集上进行了不同迁移模型的实验验证，结果表明所提方法能在目标域小样本监督情况下获得较高的识别精度。

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24. 基于数据挖掘的注塑产品质量在线故障检测及预测

陈昱, 项薇, 龚川

中国机械工程 2023, 34 (14): 1749-1755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.012

摘要（789）

PDF（pc）（1793KB）（614）

注塑件的尺寸精度与注塑工艺参数、注塑过程中各阶段实时条件及实时工况的变化都有关联。开发了一个基于数据挖掘的工件质量诊断模型，利用模内温度、压力、位移等高频传感器采集到的实时数据构建了高维时序特征集，采用三段式特征选择法确定了关键特征子集，并将其用于训练基于LightGBM分类器的质量在线检测模型。基于卷积神经网络长短期记忆网络（CNN-LSTM）的时序模型预测了各特征的未来值，结合分类器完成了产品质量的事前预测。验证结果显示在线检测宏的平均召回率达到89.1%，事前预测宏的平均召回率为81.6%。

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25. 无人直升机六足式起落架设计与控制算法

刘昊林, 刘小川, 任佳, 王计真, 董久祥, 方正

中国机械工程 2023, 34 (04): 421-430，439. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.006

摘要（821）

PDF（pc）（8838KB）（611）

无人直升机在作战、巡逻、反潜、救援、运输中发挥极其重要的作用，但是传统起落架形式对起降环境要求较高。针对复杂地形自适应起落、恶劣海况舰面起降和停放以及应急坠撞高生存力等问题，提出了一种基于多连杆机构设计的无人直升机仿生腿式起落架系统，并完成了控制算法研究和建模仿真。首先从仿生腿数量、分布形式、腿部自由度配置和需要完成的功能等方面对仿生腿式起落架机械构型进行分析，并完成了六足式起落架运动学和动力学分析。然后针对仿生腿式起落架自适应着陆过程，完成着陆缓冲和地形建模算法的研究。最后，基于控制算法搭建虚拟样机仿真模型，完成了多种地形的仿真分析和样机测试。研究结果表明，所设计的仿生腿式起落架结构和控制算法可完成动态自适应着陆，实现着陆过程的平稳缓冲。

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26. 智能制造中的人-信息-物理系统协同的人因工程

杨晓楠, 房浩楠, 李建国, 薛庆

中国机械工程 2023, 34 (14): 1710-1722,1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.008

摘要（1078）

PDF（pc）（5740KB）（609）

人信息物理系统(HCPS)的智能制造理论体系明确了人在智能制造系统的中心地位。从智能制造人机协同的需求出发，基于人机交互鸿沟理论，在行为、意图、认知三个层面讨论了人因工程在“人本智造”中的研究重点。围绕虚实融合场景、多模态人机交互及认知量化等方法，阐述了人因工程在促进HCPS智能融合的重要作用。最后，从实现HCPS集成的智能制造系统出发，提出了“人本智造”的研究方向和学科发展建议。

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27. 轮腿式可变形车轮设计及整车控制研究

耿雪晴, 吴孟武, 华林,

中国机械工程 2023, 34 (12): 1446-1452. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.007

摘要（766）

PDF（pc）（6422KB）（606）

针对当前复杂地形与路况对整车机动性及越障能力的需求，设计了一种轮腿式可变形车轮结构，该车轮结构可在不同地形与路况下进行轮式与腿式的状态转换。介绍了可变形车轮的设计原理并对结构参数进行了计算与优化，分析得到了轮腿式可变形车轮最大变径比。设计了一套简单有效的轮腿式可变形车轮智能变形控制系统，并据此开展整车布局设计，分析整车运动过程。制作并搭建了样车平台，通过实验测试了整车的机动性与越障能力。结果表明该变形车轮可在轮式与腿式状态下快速智能转换，使得整车系统可同时在结构化与非结构化路面稳定行驶，具有较高的机动性与越障能力。

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28. 面向增材制造的航空发动机外部系统支架拓扑优化设计

孟亮, 仲明哲, 李文彪, 夏凉, 高彤, 朱继宏, 张卫红,

中国机械工程 2022, 33 (23): 2822-2832. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.23.006

摘要（916）

PDF（pc）（8396KB）（590）

分析了严酷载荷工况下航空发动机外部系统支架的力学性能，以两种极限载荷工况下的支架柔顺度为目标函数，采用增材制造材料横观各向同性模型，开展了面向增材制造的外部系统支架拓扑优化设计与性能校核。金属激光增材制造样件的力学试验表明：面向增材制造的支架设计较初始结构质量减小约15%，刚度增大约20%，一阶固有频率提高约15%，结构强度显著增大。该方案实现了1个外部系统支架、2个管路支架和4颗铆钉的一体化增材制造，有效提升了发动机装配质量和效率，顺利通过地面静载和发动机点火试验。

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29. 恒定轮距的多连杆式独立悬挂系统设计

李荣华, 杨景山, 郑宇锋, 周唯

中国机械工程 2023, 34 (02): 148-156. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.004

摘要（868）

PDF（pc）（4532KB）（589）

为解决全方位轮式移动机器人搭载传统悬挂装置越障行驶时，轮距变化和轮毂中心面侧倾导致机器人运动控制难度大等问题，设计了一款由平行四边形机构、偏置曲柄滑块机构和摆动摇杆机构组成的多连杆式悬挂装置。通过ADAMS软件进行了不同地形环境的动力学仿真分析与优化设计，确定了最佳连杆结构参数。实物样机试验表明，机器人越障行驶过程中的操控性能以及轮子着地性与运动精度得到提高。

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30. 基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究

石晴晴, 张润锋, 张连洪, 兰世泉,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1100-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.011

摘要（720）

PDF（pc）（6340KB）（573）

针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题，在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制，建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型；利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表，并通过强化学习算法选择最优运动姿态，同时考虑洋流的影响，构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明，基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络，其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差，具有良好的预测能力；相较于传统的PID控制，深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%，显著提高了路径跟踪精度。

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31. 变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法

王元锋, 祝连庆, 何彦霖, 周康鹏,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1873-1880. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.012

摘要（554）

PDF（pc）（5104KB）（557）

变构型飞行器在飞行过程的大尺度变形监测是航空航天领域的研究难点和热点，现有方法难以实现飞行器飞行过程中的高精度三维变形监测。针对这一问题，提出一种基于光纤传感的变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法，以实现飞行器飞行过程中的变形监测。基于光纤光栅应变传感原理，推导了光纤应变和曲率之间的关系，建立了光纤传感局部坐标系和全局坐标系之间的转换矩阵，实现了光纤测点坐标到全局坐标系的转换，根据空间曲线拟合方法研究了基于曲线拟合的三维变形重构算法。同时，为了减小光纤传感器的测量误差，对光纤传感器进行标定测试，获得了传感器的应变灵敏度。为了验证所提方法的有效性，对柔性蒙皮样件在不同曲率下的三维变形重构进行了实验测试。实验结果表明，柔性蒙皮样件在0～15.38 m-1曲率的变形范围内，形状重构方法的平均误差为3.5%，最小误差不足2.1%。所提方法在航空航天等领域具有较好的应用前景。

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32. 温控形状记忆合金的驱动响应模型

鲁友均, 宋迪, 苗常青

中国机械工程 2023, 34 (02): 157-163. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.005

摘要（868）

PDF（pc）（3937KB）（550）

基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金（SMA）驱动器的驱动响应模型，动态修正了模型中受温度影响的参数值，提高了驱动模型的响应精度，分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果，测试了直径1.2 mm、长度10π mm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应，响应模型的计算结果同实验结果的对比表明，驱动全过程的最大误差（驱动终点）降至1.8 s，模型能较精确地描述驱动过程。

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33. 基于判别性特征提取和双重域对齐的轴承跨域故障诊断

董绍江, 周存芳, 陈里里, 徐向阳

中国机械工程 2023, 34 (15): 1856-1863. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.010

摘要（583）

PDF（pc）（4455KB）（544）

针对不同工况下采集的滚动轴承振动数据特征分布不一致且噪声成分难以去除的问题，提出一种基于判别性特征提取和双重域对齐的深度迁移学习故障诊断方法。首先，将带标签的振动信号和未带标签的振动信号通过固定长度的数据分割方法制作成数据集；其次，为了减少实际工况中噪声信号的干扰，采用通道注意力机制SENet（squeeze-and-excitation networks）及判别损失项来辅助特征提取器提取具有区分度的特征；再次，为了解决数据特征分布不一致的问题，采用最大均值差异来对齐源域和目标域的全局域分布，并采用条件对抗方法来对齐两域的子领域分布，实现双重域对齐。最后，在两个公开变工况滚动轴承故障数据集上进行试验验证，结果表明，所提方法平均识别准确率达到98%以上，并将其与不同诊断方法进行了对比分析，证明了所提方法的有效性与优越性。

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34. 考虑温度影响的机器人关节摩擦模型

张一楠, 丁建完

中国机械工程 2023, 34 (02): 127-134. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.001

摘要（786）

PDF（pc）（3917KB）（538）

为描述连续运转下的温度对串联机器人关节摩擦的影响，提出一种考虑温度影响的关节摩擦模型。该摩擦模型可在无需对温度进行测量或估计的前提下描述关节温度变化对关节摩擦的影响。通过实验测量了机器人关节在不同角速度下连续运转时的摩擦力矩，并基于理论模型对数据进行了拟合。实验结果对比验证了该关节摩擦模型的有效性，且该模型能较为准确地描述连续运转下关节摩擦力矩的变化。

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35. 光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

董小虎, 王士涛, 周德淳

中国机械工程 2023, 34 (10): 1207-1213. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.010

摘要（865）

PDF（pc）（5559KB）（538）

在太阳能光伏跟踪支架系统中，冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板，安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型，基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型，在此基础上，对拓扑优化构型进行工程化设计，并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境，设计分步测试载荷工况，分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析，由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高，从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明，在机械性能明显增强的前提下，檩条结构实现了减重8.8%。

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36. 基于网格搜索算法的6-RUS并联机器人时间最优轨迹规划

刘栋财, 董广宇, 杜玉红, 李文鹏,

中国机械工程 2023, 34 (13): 1589-1598. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.008

摘要（576）

PDF（pc）（7882KB）（535）

针对6-RUS并联喷涂机器人再现轨迹不平滑、轨迹规划效率低等问题，提出了基于优化贝塞尔曲线节点位置的6-RUS并联机器人时间最优轨迹规划方法。首先，将预处理的轨迹离散化为网格点，更新节点参数并优化贝塞尔曲线弧长，进一步拟合小线段路径获取最优几何路径；然后，计算不同粗网格点对应的最佳速度以及求解时间，选择合适的粗网格点，进一步以较小步长密化网格点间路径，迭代求解正反向最大速度，搜索路径的最佳速度曲线，获取6-RUS并联机器人的最佳运行时间。最后，在自研的6-RUS并联机器人平台上进行实验。结果表明，在相同示教轨迹条件下，基于所提的改进贝塞尔曲线算法得到的路径长为8.12 m，优于传统贝塞尔曲线算法以及G2CBS算法的结果；同时将改进的时间最优轨迹规划算法（TOPP）用于优化后的示教路径，所提算法的最优速度曲线的求解时间为416.4 ms，与TOPP-RA算法的最优速度曲线的求解时间相比缩短了244.7 ms，而且该算法下最优轨迹规划时间也优于TOPP-RA算法，该方法提高了最佳速度的求解速率，缩短了6-RUS并联机器人轨迹再现时间，提高了工作效率。

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37. 基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解#br#

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陈卓凡, 周坤, 秦菲菲, 王斌锐

中国机械工程 2024, 35 (02): 293-304. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.014

摘要（642）

PDF（pc）（9273KB）（534）

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题，提出了一种改进量子粒子群算法。首先，利用D-H参数法建立机器人运动学模型，以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标，加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件，设计了目标函数；其次，通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法；然后，模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法（IQPSO、APSO、QPSO）的仿真对比实验，结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点；最后，将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证，实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑，进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

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38. 外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

王栋, 陈磊, 张志鹏

中国机械工程 2024, 35 (03): 381-393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.001

摘要（570）

PDF（pc）（8185KB）（522）

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响，通过解析法，以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据，建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验，探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响，通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明，外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%；砂轮径向进给速度fr对磨削力的影响最大，磨削宽度b次之，工件转速nw和砂轮粒度的影响较小；fr和b对残余应力的影响较大，砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大；随着磨削力的增大，表面粗糙度值一直增大，残余应力先减小后增大，沿深度方向残余应力最大值先增大后减小，在试验所取参数条件下，影响残余应力的深度分布范围基本在20~40 μm；最优工艺参数组合如下：fr=0.15 mm/min,nw=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

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39. 基于力位混合导向的工业机器人顺槽运动控制策略

张俊鑫, 陈威, 黄斯凯, 吴海彬

中国机械工程 2023, 34 (06): 712-719，726. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.010

摘要（697）

PDF（pc）（5629KB）（518）

针对工业机器人顺槽运动时受到多方向位置与力的混合约束问题，提出一种力位混合导向策略，并基于阻抗模型设计自抗扰控制器（ADRC）对该策略的力控制回路进行优化。在此基础上，基于双模糊结构对ADRC进行改进，得到一种开关式变论域模糊ADRC，以此增强工业机器人在进行力位混合控制时对未知环境的适应能力。最后，对所提出的算法进行性能仿真，并以手机射频线的顺槽装配为例进行实验。仿真和实验结果表明，相对于常规的控制方法，所提出的控制策略具备更加良好的力位混合控制性能，能够更好地应用于工业机器人的顺槽运动控制。

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40. 双转台五轴机床旋转轴位置无关几何误差的辨识

梁小冰, 卢耀安, 王成勇,

中国机械工程 2023, 34 (21): 2585-2591. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.007

摘要（584）

PDF（pc）（5263KB）（516）

旋转轴的位置无关几何误差（PIGEs）是影响五轴机床加工精度的重要因素。以AC双转台五轴机床为研究对象，提出一种基于差分演化算法的旋转轴PIGEs辨识方法。首先，建立机床旋转轴PIGEs和球杆仪杆长变化的关系模型，使用已有的辨识方法获得机床旋转轴PIGEs初始解，然后定义优化目标函数，通过差分演化算法整体优化求解旋转轴PIGEs，提高旋转轴PIGEs辨识准确性。实验与仿真的结果表明提出的旋转轴PIGEs辨识方法可有效提高辨识准确性。

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