机械工程学报

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1. 考虑内部避碰的多无人机有限时间环形编队控制

刘云平, 蒋长胜, 张婷婷, 赵中原, 邓志良

机械工程学报 2022, 58 (1): 61-68. DOI: 10.3901/JME.2022.01.061

摘要（1558）

PDF（pc）（2644KB）（638）

针对多无人机系统利用有限时间环形编队算法执行环形编队任务时易发生碰撞这一问题，提出一种基于改进人工势场法的多无人机有限时间环形编队控制算法，引入一组与障碍物移动方向垂直的辅助势场，避免了多无人机在快速编队过程中发生内部碰撞，并解决了传统人工势场法易陷入局部最优解的问题。为验证本文算法的有效性，在无人机初始位置、势场影响范围、包围半径等参数相同的情况下进行计算机仿真实验，结果表明算法可有效地避免多无人机在环形编队过程中发生碰撞的问题。为进一步验证算法的实用性，采用三架轴距450 mm的“X型”旋翼无人机进行物理实验，实验结果表明本文算法在有限时间内完成多无人机环形编队时具有较好的避碰效果。

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2. 纳米颗粒材料作中间层的烧结连接及其封装应用研究进展

贾强, 邹贵生, 张宏强, 王文淦, 邓钟炀, 任辉, 刘磊, 彭鹏, 郭伟

机械工程学报 2022, 58 (2): 2-16. DOI: 10.3901/JME.2022.02.002

摘要（1174）

PDF（pc）（4185KB）（481）

随着第三代功率半导体器件的发展，以SiC为代表的宽禁带半导体芯片在大功率电力电子器件中扮演了越来越重要的角色。然而与传统Si芯片匹配的封装材料难以满足其高温服役的要求，成为功率电子器件应用的短板。纳米颗粒材料作中间层用于电子封装能够实现低温连接、高温服役，是目前封装材料的研究热点。本文综述了当前纳米颗粒材料作中间层的存在形式，重点分析单质纳米颗粒烧结连接的优势、影响因素以及局限性，系统阐述了复合纳米颗粒烧结连接的最新进展以及发展趋势，旨在促进纳米颗粒材料作中间层在电子封装中的应用。

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3. 基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展

林路禅, 刘磊, 邹贵生, 李铸国

机械工程学报 2022, 58 (2): 17-25. DOI: 10.3901/JME.2022.02.017

摘要（799）

PDF（pc）（3572KB）（143）

随着结构系统及功能器件的小型化，微小空间下的异质材料高效集成互连成为了精密仪器系统设计与器件开发的迫切需求。为满足高质量、批量化以及绿色环保的微纳制造工艺要求，结合先进纳米薄膜制备工艺得到的非稳态或亚稳态的纳米尺度薄膜材料由于其特殊的尺度效应以及表/界面结构特征，在高精度异质材料互连领域正得到广泛的研究与应用。对不同体系（金属、半导体、氧化物）的结构纳米薄膜中各组元的反应活性或各相的热稳定性进行分析与阐述，并针对所设计的纳米薄膜结构在不同领域如航天、微电子中的异质材料互连中的应用进行综述。此外，由于纳米材料自身极高的反应活性，作为辅助钎料，其在硬质材料及热敏感材料的局域互连中也展现出巨大的应用前景。

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4. 微米铜银复合结构与纳米银混合连接材料制备与高频感应快速烧结方法研究

吴卓寰, 刘威, 温志成, 王一平, 田艳红, 王春青

机械工程学报 2022, 58 (2): 26-33. DOI: 10.3901/JME.2022.02.026

摘要（767）

PDF（pc）（2608KB）（104）

利用置换反应实现了微米铜银复合结构颗粒的制备，在试验中改变反应温度、反应物比例及反应时间从而确定了制备微米铜银复合结构颗粒的最优反应参数。合成了粒径大小均匀，分散性良好的纳米银颗粒，平均粒径为14.33 nm左右。通过计算设计了两种颗粒的混合比例，按照该比例制备了微米铜银复合结构与纳米银混合焊膏并制备成三明治结构用于高频感应加热烧结，成功实现了微米铜银复合结构与纳米银混合焊膏对铜-铜基板的连接，并研究了在高频感应加热条件下，功率大小对微观连接界面的影响。试验结果表明，加热功率的增加会使界面的孔隙等缺陷减少，致密性显著提高。加热功率26 kW下，烧结时间15 s时，剪切强度可达48 MPa。

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5. 面向2035的智能制造技术预见和路线图研究

臧冀原, 刘宇飞, 王柏村, 苗仲桢, 薛塬, 李培根

机械工程学报 2022, 58 (4): 285-304. DOI: 10.3901/JME.2022.04.285

摘要（747）

PDF（pc）（3613KB）（1149）

近年来，我国围绕智能制造技术及其应用开展了大量研究工作，面对智能制造不断涌现的新技术、新理念、新模式，为更好推动后续智能制造技术相关研究的有序开展，对智能制造中的智能产品、离散型制造、流程型制造、新模式新业态、工业智联网、智能制造云等六个方向，分别通过技术体系构建与技术态势扫描、技术清单制定、问卷调查与专家研讨等方法与过程，从目标层、实施层、保障层等三个层次绘制面向2035年的智能制造技术路线图，并指出目前智能制造需要集中力量攻克的关键技术清单，以期为未来智能制造技术发展的政策制定、价值评价、竞争力评价、战略管理和科学研究等提供参考。

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6. 共融机器人重大研究计划研究进展

赖一楠, 叶鑫, 丁汉

机械工程学报 2021, 57 (23): 1-11,20. DOI: 10.3901/JME.2021.23.001

摘要（710）

PDF（pc）（4993KB）（839）

“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划，聚焦“刚-柔-软机构的行为顺应与可控性”、“人-机-环境多模态感知与自然交互”以及“机器人群体智能与操作系统架构”三个科学问题，主要面向智能制造、医疗康复、国防安全和学科前沿四个重点方向，实施四年来取得了长足进展，构建机器人与人、机器人与环境、机器人与机器人交互的共融机器人研究体系，推动了工业机器人、服务机器人和特种机器人领域的理论和技术发展，相关科研成果为我国高端制造、康复医疗、国防安全等国家重大需求提供了坚实的理论和技术支撑。对在该重大研究计划支持下所取得的有关共融机器人的主要研究进展进行概述，内容涵盖“与环境共融的加工制造机器人”、“与人共融的康复辅助机器人”、“机器人间共融的群体智能与操作系统”以及“共融机器人前沿：新方法、新原理和新概念”，以此给出后续的重点研究方向和建议。

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7. 基于移动机器人的智能车库关键技术综述

梁军, 韩冬冬, 盘朝奉, 陈龙, 陈逢强, 杜万兵

机械工程学报 2022, 58 (3): 1-20. DOI: 10.3901/JME.2022.03.001

摘要（709）

PDF（pc）（1509KB）（979）

近年来基于移动机器人的智能车库（Robot-based intelligent garage，RIG）以高容量、高效率和高安全性的特点，在缓解城市"停车难"问题彰显卓越功效。RIG作为智能交通系统的重要组成部分，其核心组件是移动机器人（Automated guided vehicle，AGV），而AGV运行控制依赖RIG关键技术。在分析RIG相关文献的基础上，首先根据RIG运行特点，从"布局方案""调度策略"和"路径规划"三个方面对现有RIG关键技术梳理。然后，系统回顾了RIG关键技术的理论基础、研究方法、应用现状及优缺点，深入探讨了RIG关键技术在运行过程中所发挥的重要作用。最后，针对RIG运行过程中存在的问题，仍从以上三个方面展望了RIG关键技术的发展趋势。需要强调的是：①运用大数据处理技术，挖掘不同时间段停车需求，指导RIG布局自动优化以平衡停车容量和存取效率需要；②云机器人技术在RIG调度策略应用逐渐广泛，结合出行即服务技术RIG，制定满足用户满意度的RIG调度策略；③随着RIG布局方案、调度策略以及实际环境障碍物的复杂化，利用深度强化学习框架解决AGV的路径规划问题已成为当前发展趋势。系对RIG关键技术研究成果的系统梳理，对未来RIG技术研发和工程应用具有重要的指导意义。

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8. 基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合技术研究

方君鹏, 王谦, 蔡坚, 万翰林, 宋昌明, 郑凯, 周亦康

机械工程学报 2022, 58 (2): 34-42. DOI: 10.3901/JME.2022.02.034

摘要（708）

PDF（pc）（3697KB）（120）

三维集成是后摩尔时代异质集成的关键技术路线之一，片间互连是其关键技术。传统的金属热压键合技术由于存在键合温度高和键合时间长的问题，不再适用于三维集成技术的发展需求，新型的具有低温、短时和高可靠性特点的片间互连技术受到广泛关注。提出一种基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合方法。首先采用磁控溅射方法分别进行金属Ag和Au纳米颗粒的制备，并将获得的金属纳米颗粒作为键合界面的修饰层应用于低温键合试验，实现了键合温度在200℃以内、键合时间为3 min的低温短时热压键合。接下来对键合之后的样品进行了剪切强度测试和表征，结果表明采用Ag纳米颗粒作为纳米修饰层的键合样品的平均剪切强度超过了10 MPa，采用Au纳米颗粒修饰的键合样品的平均剪切强度超过了15 MPa，且上述剪切强度都超过了Cr和二氧化硅之间的薄膜粘附强度，能够满足后续工艺的要求。此外还分别观测了不同样品的键合界面微观组织形貌，并且据此分析了基于磁控溅射制备金属纳米颗粒的低温键合技术的键合机理。

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9. 折纸衍生空间可展结构研究回顾与展望刍议

李明, 蒋延达, 崔琦峰, 周鑫, 王治易, 施飞舟

机械工程学报 2021, 57 (23): 53-65. DOI: 10.3901/JME.2021.23.053

摘要（704）

PDF（pc）（9653KB）（542）

作为起源于中国，发展于日本的传统手工艺，折纸由于其可以实现二维与三维结构之间形态高效转换的特性，近年来受到了科研人员与工程人员广泛的关注，为空间可展结构的创新研究提供了新的思路。对学界与工程界针对一维、二维、三维折纸衍生可展结构的研究现状进行了阐述，指出后续研究应关注的刚性平面载荷高效折展、柔性结构管理、非欧几里得折纸理论、驱动设计与动力学、重力卸载与试验考核、与其他折展机构的综合等六个问题。

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10. Cu₅Zn₈和Sn/Ag₃Sn/Ag扩散阻挡层在Sn/Cu钎焊互连界面反应中的作用

姚金冶, 陈祥序, 李花, 马海涛, 王云鹏, 马浩然

机械工程学报 2022, 58 (2): 43-49. DOI: 10.3901/JME.2022.02.043

摘要（658）

PDF（pc）（3174KB）（100）

电子器件的微型化对钎焊界面的可靠性提出更高的要求，深入研究钎焊界面金属间化合物（Intermetallic compound，IMC）的形貌演变和生长机制具有重要意义。金属Cu具有优良的导电导热性能，在微电子封装行业中广泛应用为基体材料。在钎焊回流过程中，Cu基体与Sn钎料发生界面反应生成IMC，由于IMC具有较高脆性，过度生长的IMC会严重降低焊接接头的可靠性。为了抑制IMC的过度生长，在Cu基体表面分别制备Cu₅Zn₈扩散阻挡层和Sn/Ag₃Sn/Ag扩散阻挡层。研究在不同钎焊工艺下，纯Sn钎料在Cu基板、Cu₅Zn₈扩散阻挡层/Cu基板、Sn/Ag₃Sn/Ag扩散阻挡层/Cu基板上IMC的形貌演变及生长动力学机制，最终试验结果发现Cu₅Zn₈，Sn/Ag₃Sn/Ag扩散阻挡层可以抑制Sn/Cu钎焊互连界面反应。

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11. 多功能软体机械手的设计与建模

刘佳鹏, 王江北, 赵威, 费燕琼

机械工程学报 2022, 58 (9): 1-9. DOI: 10.3901/JME.2022.09.001

摘要（650）

PDF（pc）（830KB）（701）

设计了一款新颖的多功能软体机械手，其由两个软体手指和一个软体手腕集成一体。软体手指由四个并联的双向弯曲气动软体驱动器组成；软体手腕主要由一个双轴双向弯曲气动软体驱动器构成，软体手指、软体手腕协同动作，可以实现软体机械手的多方位、多任务操作。根据软体机械手所需运动范围和抓取力确定了软体机械手的尺寸参数。基于欧拉-伯努利梁理论，建立了上述两个双向弯曲软体驱动器的欧拉梁弯曲模型和悬臂梁弯曲模型，获得了双向弯曲软体驱动器弯曲曲率、弯曲力矩和充气气压三者之间的解析表达式，以及双向弯曲软体驱动器受到载荷时的弯曲变形曲线，通过双向弯曲软体驱动器的自由弯曲试验和弯曲变形试验验证了上述模型的正确性。通过软体机械手的闭合抓取试验和张开提起试验说明了软体机械手的实用性。

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12. 螺纹连接松动机理和防松方法研究综述

巩浩, 刘检华, 冯慧华

机械工程学报 2022, 58 (10): 326-347,360. DOI: 10.3901/JME.2022.10.326

摘要（648）

PDF（pc）（970KB）（1237）

螺纹松动失效将导致螺纹连接失去原有的功能、降低机械产品性能,甚至在某些情况下诱发紧固件疲劳断裂,进而引发严重的安全事故。国内外学者针对螺纹连接的松动机理和防松方法展开大量的研究,为充分了解松动机理和防松方法的研究进展,推动相关问题的深入研究,在阐述螺纹连接松动内涵的基础上,提出将螺纹连接松动分为非旋转松动和旋转松动两个类型,并从非旋转松动和旋转松动两个方面对螺纹连接松动的相关研究进展进行综述;同时从传统防松结构和新型防松结构两个方面,对螺纹连接防松方法的相关研究进展进行综述。最后,对论文进行总结,并展望了螺纹连接松动机理和防松方法的未来研究方向。

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13. 面向在轨装配的八索并联机构构型设计与工作空间分析

于金山, 李潇, 陶建国, 王浩威, 孙浩

机械工程学报 2021, 57 (21): 1-10. DOI: 10.3901/JME.2021.21.001

摘要（629）

PDF（pc）（4150KB）（707）

针对大型空间结构的在轨装配任务，提出了由八根绳索驱动的索并联机构，具有结构简单、质量轻、工作空间大的特点；针对绳索并联机构的构型综合问题，定义了出线点和绳索与中心执行器连接点的关联矩阵，在此基础上考虑约束条件综合出了八索并联机构的18种有效构型；计算了不同构型的力封闭工作空间以及针对在轨装配任务时的力螺旋可行工作空间，以工作空间体积为指标筛选出了最佳构型；分析了绳索拉力范围以及绳索与中心执行器连接点的位置变化对机构力螺旋可行工作空间的影响，并且对连接点的位置参数进行了优化。

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14. 芯片互连用粒径双峰分布纳米铜膏的低温无压烧结纳连接机理和接头可靠性

黄海军, 周敏波, 吴雪, 张新平

机械工程学报 2022, 58 (2): 58-65. DOI: 10.3901/JME.2022.02.058

摘要（615）

PDF（pc）（3678KB）（82）

利用一步化学还原法合成具有粒径双峰分布的铜纳米颗粒，并制备可在低温无压条件下烧结的纳米铜膏。铜纳米颗粒由平均粒径160 nm的大颗粒及其被平均粒径9 nm小颗粒包围的团聚体构成；采用乳酸基复合包覆剂不仅能有效防止铜颗粒氧化，还对纳米颗粒烧结过程有促进作用。280℃下无压烧结后的铜膏烧结接头剪切强度高达65 MPa，究其原因主要是烧结过程中形成的大尺寸块体铜颗粒的强化作用，以及铜膏烧结基体与上、下基板界面间形成了致密无缺陷的牢固冶金互连。铜膏烧结接头的形成主要由"颗粒-颗粒"间纳连接及"颗粒-基板"界面的纳连接而实现，前者以表面活性能高的小尺寸铜纳米颗粒为"桥梁"将大尺寸铜颗粒连接成致密块体铜，而后者借助乳酸铜高温下分解得到的铜纳米颗粒与基板间的互扩散和自扩散最终在界面形成连续且致密的纳连接层。烧结接头在空气中250℃时效1 000 h后，铜膏烧结基体与界面处虽出现空洞，但仍具有高强度（大于56 MPa），表明铜膏烧结接头有较好的抗高温热氧化性能。

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15. 纳米压痕研究石墨烯增强Sn-Ag-Cu钎料焊点的高温蠕变行为

李元, 徐连勇, 高宇, 荆洪阳, 赵雷, 韩永典

机械工程学报 2022, 58 (2): 50-57. DOI: 10.3901/JME.2022.02.050

摘要（607）

PDF（pc）（724KB）（140）

当前，为应对电子封装产业微型化、高密度化的发展趋势，提高钎料焊点的可靠性，石墨烯增强锡基复合钎料成为研究热点。但相关研究多集中于石墨烯对界面反应及剪切强度的影响，对焊点高温蠕变行为及本构方程的研究较少。为强化传统的Sn基钎料，首先通过机械混合的方法制备了石墨烯增强Sn-Ag-Cu复合钎料。然后利用纳米压痕技术对复合钎料焊点在高温下的蠕变行为进行研究，并与Sn-Ag-Cu焊点进行了对比。试验结果表明，保载阶段，蠕变应力会发生松弛（Δσ），同时石墨烯可有效减慢焊点的蠕变应变速率，抑制晶界滑移，提高激活能。修正的Dorn模型考虑了位错强化、细晶强化、奥罗万强化、载荷传递强化等强化机制以及温度的影响，与纳米压痕得到的蠕变数据较好的吻合，验证了修正模型的有效性。

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16. 重大装备形性一体化数字孪生关键技术

宋学官, 来孝楠, 何西旺, 杨亮亮, 孙伟, 郭东明

机械工程学报 2022, 58 (10): 298-325. DOI: 10.3901/JME.2022.10.298

摘要（585）

PDF（pc）（2094KB）（709）

重大装备形态和性能的精准预测与分析是实现其智能化和自主创新的关键技术之一。数字孪生作为连接物理世界和数字世界的纽带,可用于在数字世界中建立物理实体材料选择、结构设计、加工制造和运维管理的全生命周期真实镜像。面向重大装备几何形态和结构力学性能,通过分析当前建立数字孪生的需求与难点,提出机理模型与实测数据联合驱动的"算测融合"解决方案;综合考虑孪生模型的时效性与准确性要求,构建重大装备"形性一体化"的数字孪生框架。详细论述当前构建重大装备数字孪生所面临的"算不了"、"算不准"、"算不快"、"测不了"、"测不全"和"测不准"六个具体问题,并给出相关解决方案和关键技术。通过典型案例验证了所提框架与关键技术的可行性与有效性,为数字孪生在重大装备中的落地应用提供了理论和技术参考。最后,探讨了重大装备数字孪生的未来发展趋势和所面临的进一步挑战。

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17. 大型构件机器人原位加工中的测量方案概述

何雨镐, 谢福贵, 刘辛军, 张旭

机械工程学报 2022, 58 (14): 1-14. DOI: 10.3901/JME.2022.14.001

摘要（559）

PDF（pc）（1142KB）（464）

面向大型构件的加工方案中，以加工机床为代表的“包容式”加工模式和传统的“分体加工”模式已无法满足高柔性、高效率以及加工质量稳定性和一致性的要求。移动机器人具有轻量化、模块化、灵活性高等优点，为大型复杂构件的高效高精原位加工提供了一种有效的解决方案。移动机器人原位加工过程通常包含自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测三个阶段，将机器人通过自主寻位引导至待加工位置，并精确定位加工，在加工完成后进行原位检测以缩短生产周期。围绕上述过程，对大型构件机器人原位加工中基于视觉和基于激光的测量方案进行综述。在移动机器人的定位导航中，基于视觉和基于激光的测量系统分别因其成本低和数据密度大而得以应用；精确确定刀具与工件的相对位置中，双目视觉相关理论与应用都较成熟，激光跟踪仪也表现出应用潜力；零件表面质量的原位检测中，基于激光技术的检测系统检测效率、精度高，是该过程的理想选择。但现有测量方案仍面临诸多挑战，且单一测量方法难以满足多变的测量需求，随着人工智能理论的发展，多测量手段集成是大型构件机器人原位加工中测量方法的发展趋势。

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18. 齿轮接触疲劳理论研究进展

刘怀举, 张博宇, 朱才朝, 魏沛堂

机械工程学报 2022, 58 (3): 95-120. DOI: 10.3901/JME.2022.03.095

摘要（536）

PDF（pc）（3442KB）（690）

随着航空、风电、重载车辆等装备对齿轮传动功率密度、承载能力、疲劳寿命要求的提高，以微点蚀、点蚀、深层齿面断裂等多种形式存在的齿轮接触疲劳失效成为限制现代齿轮及装备服役性能与可靠性的重要瓶颈。通过调研国内外相关研究现状，描述了齿轮接触疲劳失效模式，归纳了现有齿轮接触疲劳理论与寿命预测方法，介绍了连续损伤理论、微结构力学理论在齿轮接触疲劳研究中的作用，辨识了影响齿轮接触疲劳性能的轮齿界面状态、硬化层与残余应力、材料缺陷等结构-工况-材料要素体系，强调了齿面时变滑滚下宏微观形貌-润滑耦合热弹塑接触机理、粗糙齿面疲劳-棘轮-磨损多源损伤机理、多尺度齿轮材料损伤与性能退化、齿轮抗疲劳制造中的表面完整性及其演化机理等科学问题，总结了超精加工、涂层、喷丸等对提高齿轮接触疲劳性能的影响，为进一步理解齿轮接触疲劳失效机理、形成高性能齿轮抗疲劳设计制造方法提供了参考。

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19. 一种基于空间卷积长短时记忆神经网络的轴承剩余寿命预测方法

王久健, 杨绍普, 刘永强, 文桂林

机械工程学报 2021, 57 (21): 88-95. DOI: 10.3901/JME.2021.21.088

摘要（526）

PDF（pc）（1832KB）（471）

传统的基于数据驱动的轴承剩余预测方法仍需要一定的先验知识，比如：特征指标选取、健康指标构建、失效阈值选定等等。预测结果严重依赖人工经验，为了克服这一缺点，基于深度学习方法提出了一种用于轴承剩余寿命预测的新方法，该方法的核心包括健康指标构建和剩余寿命计算。首先提出了一种无需先验知识的基于空间卷积长短时记忆神经网络（Convolutional long short-term memory neural network，ConvLSTM）的健康指标生成网络模型，该网络利用卷积神经网络的局部特征提取能力和长短时记忆网络的时间依赖特性，可直接从采集到的原始信号中挖掘反映退化程度的特征，构建健康指标，实现了高维原始数据向低维特征的映射转化，并利用Sigmoid函数将其归至[0，1]区间内，实现了阈值的统一；然后，利用粒子滤波更新双指数寿命模型，实现剩余寿命结果的输出。利用轴承全寿命试验对所提方法进行了验证，并与其他相关方法进行对比，结果表明本文方法所构建的健康指标具有更好的趋势性、单调性和鲁棒性，同时剩余寿命预测的准确率更高。

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20. 基于人机耦合模型的上肢康复外骨骼闭环PD迭代控制方法

王文东, 肖孟涵, 孔德智, 郭栋, 袁小庆, 张鹏

机械工程学报 2021, 57 (21): 11-21. DOI: 10.3901/JME.2021.21.011

摘要（509）

PDF（pc）（3293KB）（624）

针对多关节上肢外骨骼重复性康复训练非线性求解困难问题，提出了一种闭环PD迭代学习控制方法。基于人体工学确定了六自由度上肢外骨骼康复机械臂的参数、自由度配置与关节运动范围。以人机交互力为耦合方式，建立了基于牛顿-欧拉法的人机耦合模型，完成了人机耦合动力学模拟分析。基于迭代学习控制理论提出外骨骼康复机械臂的闭环PD迭代学习控制方法，通过建模仿真分析了肩关节/肘关节迭代学习控制的轨迹误差、人机交互力和驱动力矩。第三次迭代后的轨迹误差小于0.05 rad，PD迭代学习控制器的输出对系统控制进行了有效的补偿，提高了系统状态的稳定性。研制了六自由度上肢外骨骼康复机械臂样机，开展试验测试。试验结果表明，随着控制试验在迭代域上的运行，系统的输出向着期望的系统状态转化，所提出的迭代学习控制算法可以提高上肢外骨骼康复训练重复性运动的控制精度，进而提高人机交互性能。

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21. 求解SSRMS构型空间机械臂逆运动学的方法

赵智远, 赵京东, 赵亮亮, 杨晓航, 刘宏

机械工程学报 2022, 58 (3): 21-35. DOI: 10.3901/JME.2022.03.021

摘要（506）

PDF（pc）（1384KB）（561）

SSRMS构型机械臂被广泛应用于空间在轨服务，但是由于冗余自由度以及肩、轴、腕部偏置的存在，导致逆运动学求解困难。关节角参数化方法虽然能求得逆运动学的解析解，但是求解成功与否高度依赖于参数的给定值。基于雅可比矩阵的求解方法考虑避奇异时会损失机械臂的运动性能。为此，提出了一种基于循环坐标下降法与关节角参数化方法联合的逆运动学求解方法（CCDJAP-IK），该方法具有对雅克比矩阵奇异不敏感，避免关节极限以及求出多组逆运动学精确解的优点。将采用循环坐标下降法求得的近似解作为关节角参数化方法中参数的给定值，减少了参数取值的盲目性，增加了求解的成功率。将末端执行器的运动转化为关节6末端点仅y轴方向受约束的达点运动，简化了目标函数以及算法的迭代步骤，提高了计算效率。以HIT-SSRMS构型机械臂为例开展了仿真实验，结果表明：在当前构型和期望位姿均在工作空间内随机选取的情况下，CCDJAP-IK方法的平均计算时间为4.86 ms，求解成功率为99.32%，是一种有效且可靠的求解SSRMS构型机械臂逆运动学的方法；在跟踪笛卡儿路径时，CCDJAP-IK方法的跟踪精度、关节空间连续性以及实时性均满足任务要求，因此可应用于机械臂的实时路径跟踪任务。

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22. 智能喷涂机器人关键技术研究现状及进展

刘亚军, 訾斌, 王正雨, 游玮, 郑磊

机械工程学报 2022, 58 (7): 53-74. DOI: 10.3901/JME.2022.07.053

摘要（504）

PDF（pc）（1762KB）（852）

喷涂作为现代产品制造工艺中的一个重要环节，不仅起到美观、防护以及其他特殊作用，也日益成为产品价值的重要组成部分，在家具、航空航天、军工等领域中占据着重要地位。智能喷涂机器人是由计算机、传感、视觉、智能控制等多学科技术交叉综合而构成的复杂机电系统。智能喷涂机器人作为智能喷涂技术的核心，其发展与新材料、新设计和新方法的应用密不可分。针对智能喷涂机器人关键技术研究的共性问题，从喷涂机器人机构设计、喷涂系统动态性能监控、喷涂轨迹自动规划、喷涂质量检测方面综述了当前取得的研究成果；而后针对喷涂系统智能化进程中在机器人机构设计和柔性喷涂系统集成研究面临的挑战进行了分析和讨论；最后，对智能喷涂机器人关键技术研究方面未来的发展方向进行了展望和总结，为喷涂机器人发展方向与关键技术性能提升提供参考，推动喷涂技术全面进入智能化。

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23. “液压元件与系统轻量化设计制造新方法”基础理论与关键技术

孔祥东, 朱琦歆, 姚静, 尚耀星, 祝毅

机械工程学报 2021, 57 (24): 4-12. DOI: 10.3901/JME.2021.24.004

摘要（498）

PDF（pc）（4258KB）（496）

高端移动装备重量严重制约着其续航能力、机动性能和承载能力，对其减重不仅有利于提高装备性能，还可实现节能减排，有利于加速碳达峰和碳中和进程。液压系统作为高端移动装备的重要组成部分，占有非常大的功率和重量，是高端移动装备实现轻量化的关键。从液压系统级介绍轻量化设计理论、小型化液压油源和一体化电液执行器的研究进展及成果，从液压元件级介绍碳纤维液压缸、非金属液压油箱和集成单元增材制造的制造工艺和方法的研究进展及成果，并简要介绍其中的基础理论与关键技术，总结液压元件与系统轻量化发展的研究热点及重要解决途径。

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24. 基于二次数据增强和深度卷积的滚动轴承故障诊断研究

孟宗, 关阳, 潘作舟, 孙登云, 樊凤杰, 曹利宵

机械工程学报 2021, 57 (23): 106-115. DOI: 10.3901/JME.2021.23.106

摘要（478）

PDF（pc）（2268KB）（428）

滚动轴承是旋转机械的重要组成部件之一，及时准确地故障诊断在现代工业系统的可靠性和安全性中起着重要作用。然而现有故障诊断方法多是面向平衡数据集进行研究。针对实际工况下，正常样本丰富、故障样本少的类别失衡情形所导致的轴承故障诊断能力和泛化能力较差等问题，提出一种基于二次数据增强和深度卷积的故障诊断模型。该方法首先构造不同的数据集，研究类别不平衡情形对故障诊断性能的影响；其次，基于重采样方法将数据集重构为平衡数据集，并对其进行二次数据增强，提高样本点的利用率；然后，利用改进的深度一维卷积网络提取信号特征，对滚动轴承故障信息进行充分表征；最后结合集成学习投票分类思想进行故障分类与诊断。试验通过t-SNE及多种指标进行评估，同时与其他方法进行对比，结果表明，所提模型具有更高的诊断精度与诊断速度，鲁棒性与通用性较好，能够很好地适用于类不平衡情形下的滚动轴承故障诊断。

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25. 轻量化复合材料液压缸现状及挑战

尚耀星, 李瑶, 于天, 姜超凡, 王业硕, 杨光, 孔祥东, 焦宗夏

机械工程学报 2021, 57 (24): 13-38. DOI: 10.3901/JME.2021.24.013

摘要（475）

PDF（pc）（4654KB）（402）

液压元件及系统广泛应用于运载设备、重载机器人和飞行器等移动装备。出力大、功重比高是液压传动区别于其他传动最明显的优势之一。液压缸作为液压系统最主要的执行元件，现有技术的液压缸重量大，严重制约主机性能提升，其科学减重可进一步提升功重比，对实现装备的节能减排，提高承载能力、机动性能和续航能力具有突出意义。通过深入剖析轻量化复合材料液压缸的迫切需求、轻量化途径、轻质材料选择、研究现状与市场现状，对轻量化复合材料液压缸的发展进行综述。强度-密度比极高的纤维增强聚合物复合材料（Fiber reinforced polymer，FRP），是高压轻量化液压缸的优选材料，减重潜力巨大。结合应用FRP制造轻量化液压缸的约束条件，重点阐述各向异性FRP的设计参数影响规律、异质材料复合结构设计、异质材料复合结构控形控性制造、密封-摩擦副、性能表征等5个挑战。论述面向轻量化、耐高压、低泄漏、低摩擦、耐疲劳等特征的液压缸的主要挑战和发展趋势。

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26. 并联机器人逆动力学建模的几何代数方法

徐灵敏, 叶伟, 李秦川

机械工程学报 2022, 58 (7): 1-11. DOI: 10.3901/JME.2022.07.001

摘要（470）

PDF（pc）（488KB）（520）

逆动力学建模是并联机器人动力学性能评估和实际控制的基础。以几何代数为数学工具，提出并联机器人的解析逆动力学建模通用方法。根据几何代数的外积性质，可直接确定并联机器人中各分支的关节速度和加速度幅值，建立机器人驱动速度和被动速度之间的映射关系，并推导出并联机器人分支中各杆件的速度和加速度。结合虚功原理建立并联机器人的逆动力学模型，并确定驱动力/力矩的解析表达式。关节速度和加速度计算不需要判断几何关系、进行求导或求偏微分，并且整个计算过程中仅涉及加法和乘法，无需求解符号线性方程组，提高计算效率。以六自由度并联机器人6-UPS和三自由度并联机器人2PUR-PRU为例(U：虎克铰，P：移动副，S：球铰，R：转动副)，得到在给定轨迹下两个机器人驱动力的理论结果，通过与ADAMS软件仿真结果对比验证所提方法的正确性。同时，通过与基于牛顿-欧拉方程的自然正交补法进行计算效率对比，证明该方法具有计算高效的优点，可替代ADAMS仿真和原先方法用于并联机器人逆动力学建模及分析。

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27. 超声振动辅助磨削加工技术及装备研究的现状与展望

丁文锋, 曹洋, 赵彪, 徐九华

机械工程学报 2022, 58 (9): 244-269. DOI: 10.3901/JME.2022.09.244

摘要（466）

PDF（pc）（1934KB）（525）

超声振动辅助磨削加工技术通过在传统磨削加工基础上叠加高频微幅超声振动，可以减小磨削力，降低磨削温度，提高材料去除率，改善工件表面质量，在航空航天、高档机床、高速列车、能源动力等高端装备高效高品质制造方面具有显著优势和广阔应用前景。现阶段，国内外已经开展了众多超声振动辅助磨削加工技术及装备的研究工作，相关成果已在多种难加工材料关键部件加工中得到工程应用。在概述超声振动辅助磨削加工技术的基本原理、加工优势、主要分类和发展趋势的基础上，系统总结了国内外学者在超声振动辅助磨削装备及设计方法、材料去除机制和表面形成机制方面的研究成果，并对超声振动辅助磨削加工技术未来发展趋势和重要研究问题进行了展望。

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28. 数字孪生驱动的航空发动机涡轮盘剩余寿命预测

付洋, 曹宏瑞, 郜伟强, 高文辉

机械工程学报 2021, 57 (22): 106-113. DOI: 10.3901/JME.2021.22.106

摘要（466）

PDF（pc）（1121KB）（574）

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题，提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法。在建立数字孪生模型的过程中，首先，分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理，构建性能退化指标，建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型；其次，分析多种不确定性因素，采用状态空间模型建立涡轮盘性能退化过程的个性表征模型；然后，通过动态贝叶斯网络描述状态空间模型随时间的演化规律，建立涡轮盘性能退化过程的动态演化模型；最后，采用粒子滤波算法实现涡轮盘退化状态追踪和剩余寿命预测，从而完成涡轮盘性能退化数字孪生模型的建立。融合涡轮盘实时传感数据，通过贝叶斯推理实现对该数字孪生模型的动态更新。通过某型涡轮盘试验数据对该方法进行验证，结果表明该数字孪生模型能够较好地解决涡轮盘剩余寿命在线预测问题。

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29. 一种融合多传感器数据的数模联动机械剩余寿命预测方法

李乃鹏, 蔡潇, 雷亚国, 徐鹏程, 王文廷, 王彪

机械工程学报 2021, 57 (20): 29-37,46. DOI: 10.3901/JME.2021.20.029

摘要（463）

PDF（pc）（3230KB）（548）

随着传感和信息技术的发展，各式各样的传感器获取了机械装备海量的监测数据，让剩余寿命预测有"据"可依，推动机械剩余寿命预测进入了大数据时代。但由于数据类型多样、量大面广，如何利用丰富的多传感器数据，从中快速挖掘健康状态退化信息，指导寿命预测，成为大数据时代下机械寿命预测的全新挑战。基于模型的寿命预测方法大多仅针对单一监测数据进行建模分析，无法有效利用丰富的大数据资源。数据驱动的方法则过分依赖训练数据，缺乏必要的经验指引，方法的可解释性差。为了有效利用多传感器数据指导寿命预测，从数模联动的思路出发，建立了一种融合多传感器数据的数模联动寿命预测方法。采用一种通用的Wiener过程模型对健康状态退化过程进行描述，分别建立多源观测函数和多源映射函数对状态与数据之间的因果关系和关联关系进行描述，采用粒子滤波算法将多传感器数据与模型进行动态匹配，预测剩余寿命。在提出方法的统一框架指导下，选取三种特定模型对铣刀剩余寿命进行预测，验证了提出方法的有效性。

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30. 光纤传感在制造领域应用的分析与思考

周祖德, 姚碧涛, 谭跃刚, 刘明尧, 李天梁, 魏勤

机械工程学报 2022, 58 (8): 3-26. DOI: 10.3901/JME.2022.08.003

摘要（459）

PDF（pc）（1785KB）（690）

智能制造是制造领域的最新发展方向，它是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，具备感知、决策、执行、学习、互联等特征，是先进制造技术、信息技术和人工智能技术的集成和深度融合，其中新型传感技术是实现智能的基础。新型传感技术为产品进化设计、制造工艺优化、产品质量和装备运行状态监测及装备预测性维护等提供可靠的数据来源，在智能制造中具有基础性的重要地位。回顾光纤传感这一新型传感技术局在离散制造、流程制造、重大和高端装备中的应用现状，分析光纤传感技术的特点和在制造领域的优势、光纤传感对推动智能制造的作用，以及光纤光栅传感技术和数字孪生的关系等。在此基础上，重点提出光纤传感技术在制造领域应用中存在的一系列科学问题以及光纤传感的应用原则，指出光纤传感技术将朝着标准化、智能化、网络化等方向发展，同时指出，在今后相当一段时间，光纤传感基础器件研究、面向极端制造环境和高端装备的应用研究以及精准化、微小型化、集成化和CPS融合等的研究乃是光纤传感技术在制造领域研究的主流。

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31. 基于增强迁移卷积神经网络的机械智能故障诊断

陈祝云, 钟琪, 黄如意, 廖奕校, 李霁蒲, 李巍华

机械工程学报 2021, 57 (21): 96-105. DOI: 10.3901/JME.2021.21.096

摘要（455）

PDF（pc）（1046KB）（393）

现有的基于深度迁移学习的智能诊断方法通常对源域和目标域特征对齐来减少两者分布差异，没有考虑源域类别决策边界对目标域特征匹配的影响，针对此不足，提出了一种增强迁移卷积神经网络（Enhanced transfer convolutional neural network，ETCNN）来改进机械设备在变工况下的诊断精度和泛化能力。为充分利用标签信息和提取高维特征，构建卷积神经网络和两个独立的分类器对源域数据分别训练，用于检测远离决策边界的目标域样本。为有效减少不同决策边界处样本的误匹配，进一步构建分类损失函数和分类器判别损失函数，并引入对抗训练策略，最大两个分类器的分类差异，同时最小化源域与目标域特征分布差异，实现目标域样本与源域样本自适应匹配，从而有效改进故障的分类性能。在滚动轴承数据集上对所提方法进行充分评估，并与其他三种深度迁移学习方法：域适配网络（Domain adaptive network，DAN），多层域适配网络（Multi-layer DAN，MLDAN），以及深度对抗卷积神经网络（Deep adversarial convolutional neural network，DACNN）进行充分比较，结果表明，所提方法不仅具有良好的分类能力和泛化能力，同时明显优于其他方法。

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32. 现代科技创新研究模式探讨

刘辛军, 谢福贵, 杨迪, 解增辉, 孟齐志

机械工程学报 2022, 58 (11): 1-10. DOI: 10.3901/JME.2022.11.001

摘要（449）

PDF（pc）（672KB）（487）

科技创新是人类社会生产力发展的源泉，是社会进步的重要动力，开展科技创新方法论研究并探索科技创新研究模式，对于推动科技进步具有重大意义。基于古典哲学思想和辩证唯物主义方法论，探讨一种以揭示规律、创造发明、改造世界为指导思想的科技创新研究模式，表现为“寻其道、谋其术、求其魂、索其变、用其精”的辩证统一过程。在该模式的指导下，围绕航空航天等重点领域大型复杂构件的高效高质量加工重大需求，开展了科技创新研究实践，研制了移动式混联机器人并应用于此类大型复杂构件的原位柔性加工中。实践结果表明，该科技创新研究模式遵循了辩证唯物主义思想，在科技创新实践中是有效的，可作为科技创新的一种模式。

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33. 基于分层算子形态小波的轮对轴承复合故障检测

李奕璠, 杨杰, 陈再刚, 易彩, 林建辉

机械工程学报 2022, 58 (10): 1-11. DOI: 10.3901/JME.2022.10.001

摘要（448）

PDF（pc）（1193KB）（371）

形态学算子可以分为降噪型算子和特征提取型算子两大类。现有的形态非抽样小波方法在多层分解的每一层均使用相同的形态学算子,但反复使用某种降噪型或特征提取型算子有时很难准确获得信号的特征信息。为此,提出分层算子形态非抽样小波,每一层分解采用不同的形态学算子,通过对去噪型和特征提取型算子的有机融合,方法在故障特征提取方面具有更强的针对性、灵活性,同时也具有明确的物理意义和可解释性。针对轮对轴承复合故障的特点,提出一种局部特征幅值比原则,从不同分辨率对应的不同分析尺度的分析结果中,分别挑选出对不同类型故障最为敏感的分析尺度,进而实现复合故障中各故障的有效分离。在试验台采集轮对轴承复合故障振动信号,将提出的分层算子形态小波应用于实测数据的分析。研究结果表明,提出的方法能有效检测轮对轴承复合故障,与现有的形态非抽样小波方法相比,分层算子形态小波对复合故障的辨识能力更强。

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34. 超表面异质结构的熔融沉积复合成形工艺及其电磁伪装性能研究

梁庆宣, 尹浩宇, 李赵辉, 段玉冰, 王昕, 李涤尘

机械工程学报 2022, 58 (3): 276-283. DOI: 10.3901/JME.2022.03.276

摘要（428）

PDF（pc）（2712KB）（523）

超表面异质结构曲面共形电介质基底和金属单元序构的集成制造是阻碍超表面电磁伪装技术向工程化应用方向发展的瓶颈问题。基于3D打印技术设计自由度高、适合复杂结构快速成形的优势，提出一种液态金属与聚合物异质结构的熔融沉积复合成形工艺。在现有聚合物熔融沉积成形（Fused deposition modeling，FDM）工艺的基础上，基于热压-微结构嵌合界面增强机理，实现了熔融Sn-Bi液态金属在聚乳酸（Polylactic acid，PLA）基底上的稳定沉积；进一步优化打印挤出流量和层高等工艺参数，实现了金属线条的可控成形；通过运动指令修正和动态流量补偿的方式，显著提升了熔融沉积复合成形工艺的复杂结构成形能力。最后，利用所提出的液态金属与聚合物熔融沉积复合成形工艺制备了一种梯形超表面电磁伪装结构。电磁测试结果表明，所设计的超表面样品在x极化电磁波垂直入射的条件下最大广义雷达散射截面（Radar cross section，RCS）缩减达到约-14.1 dB，即超表面样品与拟伪装目标的电磁反射特性达到约96.1%的相似度，3 dB缩减（即RCS缩减至50%）带宽约为33.6%，显示出优异的电磁伪装性能。这种液态金属和聚合物的熔融沉积复合成形工艺为曲面共形超表面异质功能结构的集成制造提供了一种有效方法，为推动超表面向工程应用方向发展提供了制造技术支撑。

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35. 一种新型可变形轮腿式机器人的设计与分析

刘超, 谭稀岑, 姚燕安, 付志洋

机械工程学报 2022, 58 (3): 65-74. DOI: 10.3901/JME.2022.03.065

摘要（406）

PDF（pc）（2955KB）（364）

提出一种新型可变形轮腿式地面移动机器人，采用相同动力源实现轮式和腿式两种移动模式。将Chebyshev机构与平行四边形机构结合，提出了具有两种单自由度运动形式的单环闭链2RP3R变胞机构，进行了构型设计和运动学分析。将2个单环闭链变胞机构构造成轮腿式移动模块，进而构建一种可变形轮腿式机器人。机器人具有256种运动形式，这些运动形式均采用相同的动力源，实现多足切换，通过不同高度的空间，在曲柄与机架共线时进行移动模式切换，实现倾倒后恢复。然后，分析了机器人的移动性能，得到腿式模式下的平均越障能力和两种模式下的平均速度比。建立虚拟样机模型，完成了机器人平地行走、越障、转向和模式切换仿真试验。研制一台样机，进行了两种模式下的移动试验，验证了机器人方案的可行性。

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36. 圆柱形钢制构件表面爬壁机器人姿态估计方法

张文, 丁雨林, 陈咏华, 孙振国

机械工程学报 2022, 58 (5): 1-7. DOI: 10.3901/JME.2022.05.001

摘要（405）

PDF（pc）（1023KB）（403）

针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人的姿态估计误差偏大的问题,提出并实现了一种基于惯性测量单元(IMU)和圆柱形状约束的爬壁机器人姿态估计方法(IMU-CC-ATE)。该方法利用爬壁机器人执行工作任务中运动状态和静止状态频繁切换的特点,使用静止状态时IMU的角速度输出值估计相邻运动状态时IMU的角速度漂移值;并结合圆柱形表面约束使机器人姿态估计的横滚角保持不变的特性,设计扩展卡尔曼滤波器(EKF)对机器人的姿态和IMU的角速度漂移进行实时估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人姿态估计的航向角误差从20°以上降低至3.5°,俯仰角误差保持在2°以内,横滚角误差在0.5°以内,有效地提高了机器人姿态估计精度。

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37. 并联六轮腿机器人机身平稳性控制方法研究

雷涛, 徐康, 汪首坤, 王军政, 刘冬琛, 刘鹏涛

机械工程学报 2021, 57 (21): 34-44. DOI: 10.3901/JME.2021.21.034

摘要（405）

PDF（pc）（5536KB）（533）

轮腿式机器人在非结构化路面运动时，机身平稳性控制对于提高运动平稳性、降低系统能耗、提高定位与建图精度等具有重要意义。针对并联式六轮腿机器人在通过不规则地形时足端悬空、姿态倾斜、机身晃动等问题，提出一种融合足端力控制器、姿态控制器及重心高度控制器的机身平稳性控制框架。其中，足端力控制器通过阻抗控制算法抑制机器人足端受力因地形变化带来的突变扰动；机身姿态控制器对机身倾斜角进行解耦，并控制各腿的长度补偿机身的偏移量；重心高度控制器根据各腿的伸长量自适应地调节机身高度，保证腿部执行机构具有足够的运动空间。针对三种控制器相互耦合、对外部扰动抑制效果不佳等问题，利用串级控制的思想将三种控制目标统一为力跟踪控制，降低机身振荡的风险。在并联式六轮腿机器人上进行了实验验证，结果表明所提出的控制算法框架能有效抑制外部地形扰动，当机器人以大约0.6 m/s的速度前进时，机身的俯仰角及横滚角保持在-0.7°~0.7°范围内，足端接触力维持在期望力附近，且机身重心高度随地面起伏自适应地调整，确保了机器人的运动平稳性。

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38. 基于动力学模型辨识的全臂柔顺控制

李洋, 朱立爽, 刘今越, 郭士杰

机械工程学报 2022, 58 (3): 45-54. DOI: 10.3901/JME.2022.03.045

摘要（404）

PDF（pc）（2002KB）（383）

基于动力学模型的阻抗控制无须力传感器，可降低系统复杂性，实现机械臂的全臂柔顺，但现实系统的动力学模型往往难以精确确定。监督学习可以通过关节状态回归辨识动力学模型，但辨识精度取决于观测数据的数量和质量，且难以泛化到未观测空间。提出一种基于先验动力学知识的递归参数辨识方法，可提高数据效率及泛化能力。辨识过程结合递推牛顿-欧拉动力学算法，逐一递归辨识关节参数，减少鞍点数量，克服辨识结果对初值的依赖性。在此基础上，设计了柔顺控制器；其外环为阻抗控制，通过辨识模型实现了无力传感器的全臂柔顺；内环采用滑模控制器，以辨识力矩作为动力学前馈，并通过径向基函数神经网络补偿系统的动态不确定性。实验结果表明，所提出的递归辨识算法可通过少量观测数据辨识完备的动力学模型，并实现全臂柔顺控制。

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39. 相关奇异值比的SVD在轴承故障诊断中的应用

李华, 刘韬, 伍星, 李少波

机械工程学报 2021, 57 (21): 138-149. DOI: 10.3901/JME.2021.21.138

摘要（403）

PDF（pc）（1531KB）（287）

基于Hankel矩阵的奇异值分解（Singular value decomposition，SVD）方法在信号处理、故障诊断领域得到了广泛应用。其降噪性能受选取的重构分量、Hankel矩阵结构、分析的数据点数的影响，对此进行了系统的研究，提出了基于相关奇异值比的SVD （Correlated singular value ratio SVD，C-SVR SVD）方法，并成功应用于轴承故障诊断。首先，针对SVD的重构分量的确定问题，提出了奇异值比（Singular value ratio，SVR）和互相关系数相结合的方法；其次，对Hankel矩阵的结构进行研究，提出了基于SVR和峭度指标的结构优化方法。然后，对分析的数据点数进行了分析讨论，给定了约束。最后，将C-SVR SVD方法应用于轴承故障仿真信号和实际轴承故障案例分析，验证了C-SVR SVD方法的有效性和优越性。

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40. 机器人抓取对象硬度触觉感知研究

张宪民, 王浩楠, 黄沿江

机械工程学报 2021, 57 (23): 12-20. DOI: 10.3901/JME.2021.23.012

摘要（403）

PDF（pc）（2059KB）（390）

物体硬度感知对于机器人进行物体灵巧操作具有重要意义。针对物体硬度感知中传感信号复杂、物体压缩量大而导致的系统鲁棒性差以及容易损伤物体的问题，提出了一种基于触觉传感的机器人抓取对象硬度感知方法。该方法使用两指夹持器轻微挤压物体，通过安装在两指指尖的柔性触觉传感器阵列采集压力序列信号。将压力序列信号进行多项式处理得到非线性特征序列，使用基于决策树的Adaboost算法处理非线性特征序列，实现抓取物体在线硬度等级分类。将基于决策树的Adaboost算法和其他各种算法进行比较，并进行实际物体硬度识别实验。实验结果表明所提方法能够准确实时识别不同抓取对象的硬度。

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