工程設計學報最新期刊目錄

用于腸道疾病檢測的仿蚯蚓無繩軟體機器人————作者：王亞東;劉煜瑩;朱亞洲;李恭新;

摘要：腸道疾病已成為威脅人類健康的重大疾病之一，傳統腸道疾病檢測借助腸道內窺鏡，雖能直接檢查中空器官或體腔內部，但會引發患者不適。軟體機器人以良好人機交互特性為腸道疾病檢測提供新方向，然而多數需大量線纜連接外部控制系統，檢測時仍給患者帶來不適。本文提出一種仿蚯蚓的無繩腸道軟體機器人。該機器人裝配有柔性壓力傳感器及無線微型攝像頭，能夠在類腸道環境中實現可控運動，同時監測環境壓力變化，并通過視覺感知檢測環境...

基于各向異性摩擦的軟體爬行機器人設計與實驗研究————作者：徐錦濤;蔡金虎;唐玲玲;黃龍;

摘要：基于表面織構技術，提出一種具有各向異性摩擦特性的三角形表面織構設計，將其應用于軟體機器人的摩擦腳中與氣動波紋制動器組合成軟體機器人，實現機器人在不同表面的多種運動模式。基于常曲率假設，分析壓強與致動器彈性變形的關系，建立了致動器的運動學模型。搭建摩擦力測試實驗平臺，測量得出不同高度、粗糙度接觸面上的三角形摩擦腳的各向異性摩擦性能。同時，開展軟體機器人的前進運動與轉向運動實驗，測試機器人在不同粗糙度...

丘陵山區土槽試驗臺車設計與試驗————作者：劉偉健;張家豪;余小蘭;李東昊;王媛;李漫漫;張兆國;

摘要：針對目前丘陵山區“無機可用，無機好用”、農業生產能力較差等問題，開展了丘陵山區土槽試驗臺車的設計與試驗。首先，對丘陵山區土槽試驗臺車的機械系統、信息采集系統以及控制系統進行了設計；其次，基于MBD-DEM耦合仿真對整車行駛性能進行了分析，仿真結果表明：整機總變形最大為0.99mm。仿真開始時，臺車從0秒開始加速，到了2.7秒時，其行進速度達到了0.7m/s。隨后，從2.7秒起，臺車的行進速度開始驟...

履帶車輛雙輸入雙輸出耦合機構拓撲綜合研究————作者：邢慶坤;楊雙愿;秦大同;李學良;彭增雄;

摘要：為降低大功率混合動力履帶車輛傳動系統驅動電機功率需求，本文提出基于轉向功率回流特性的雙側電機耦合機構創新設計方法。以雙行星排與三行星排構型為研究對象，建立融合運動學/動力學約束的拓撲圖論模型，將履帶車輛直駛-轉向協同工況下的功率回流特征轉化為構型參數數學判據。通過拓撲綜合與參數化分析篩選出6種可行構型，結合轉向再生功率傳遞條件(α>1)進行多目標性能評估，發現雙行星排構型在系統效率（峰值89.3%...

175 MPa超高壓井口6BX型法蘭結構評價及輕量化————作者：張緒亮;史君林;董仁;練章華;查磊;蔣洪波;

摘要：為解決175 MPa超高壓井口裝置因規范標準缺失而導致的傳統設計體積冗余、制造難度大及潛在失效風險等問題，開展井口設備關鍵部件6BX型法蘭結構評價分析及輕量化研究。以175 MPa井口裝備使用的口徑為280 mm的6BX型法蘭為例，從材料性能、墊環密封強度等方面對X公司生產的6BX型法蘭進行評價，探討了水壓試驗壓力與結構強度、尺寸的關系，揭示了尺寸結構參數的影響因素，在保證安全的前提下，提出了輕量...

基于改進的MOMVO算法的大噸位絕緣拉棒端頭多目標優化研究————作者：吳田;吳濱帆;邱中華;彭勇;朱祥;

摘要：針對特高壓大噸位絕緣拉棒笨重而使用不便的問題，提出大噸位絕緣拉棒端頭多目標優化方法以降低重量和提升絕緣性能及機械性能。本文以大荷載絕緣拉棒端頭為研究對象，首先，建立有限元仿真模型，分析絕緣拉棒端頭的電場分布和機械特性。其次，基于最優拉丁超立方試驗設計方法和徑向基神經網絡方法構建端頭質量、最大電場強度、最大應力和最大形變量的近似代理模型。在此基礎上，采用多目標多元宇宙優化算法（multi-objec...

運營高鐵無砟軌道新型繩鋸切割設備研制及應用————作者：劉立業;陳占;何新輝;朱江江;吳響響;

摘要：我國高鐵開通運營后，受列車長期動載作用和復雜服役環境影響，部分線路無砟軌道結構幾何形態出現了不同程度的變化，導致線路平順性不佳，嚴重影響列車安全運行。為解決這一難題，本文通過分析既有修復技術和繩鋸切割設備功能，基于運營高鐵工程運維“受限空間”和“天窗點”短時間作業特點，提出了無砟軌道線路幾何形態修復的繩鋸切割設備功能需求，研制了輕質模塊化、自主移動式、水平不分段、雙向轉換切割的新型多功能繩鋸切割設...

高溫電連接器絕緣件的失效分析————作者：鐘立強;李齊備;郭鴻杰;錢萍;陳文華;

摘要：針對高溫環境下絕緣材料易于老化裂解乃至碳化，導致絕緣性能下降而不滿足型號裝備工作要求的問題，以某型號用J58型高溫電連接器為研究對象，分析并驗證了其中聚酰亞胺（PI）絕緣件的失效機理。同時，通過高溫劣化試驗研究了其絕緣性能的變化情況。試驗結果表明：PI絕緣件在450℃下持續工作30min后，其絕緣電阻雖顯著下降但仍大于5GΩ，仍可滿足某型高超導彈的工作要求

精密磨床液體靜壓導軌承載特性分析與參數優化————作者：張坤;郭宏亮;石有圣;李洪凱;趙棟杰;

摘要：承載力和剛度是液體靜壓導軌承載特性的關鍵性能指標，直接影響精密磨床的加工精度與穩定性。針對液體靜壓導軌對置油墊結構參數交互作用機制不明確、現有研究多局限于單油墊分析的問題，以某型精密磨床花崗巖對置油墊液體靜壓導軌為研究對象，系統開展多參數耦合作用下的承載特性分析與優化研究。首先，基于流體力學理論構建閉式導軌承載特性數學模型，推導出對置油墊承載力與剛度的解析表達式；其次，通過單因素實驗揭示了供油壓力...

考慮軸電流損傷的伺服電機軸承加速壽命試驗裝置設計————作者：王嘉;陳清強;張子賢;趙一卓;張露予;

摘要：針對當前軸承加速壽命試驗裝置難以準確還原伺服電機軸承在服役工況下軸電流損傷、摩擦磨損等因素影響的問題，設計了一種考慮軸電流損傷的伺服電機軸承加速壽命試驗裝置，該試驗裝置可以模擬伺服電機軸承在軸電流損傷、摩擦磨損等因素影響下的性能退化過程，實時采集并分析相關監測數據，實現電機軸承性能退化過程的可視化表征。基于該實驗裝置進行軸電流對軸承的損傷分析試驗和基于服役工況的加速壽命試驗，驗證了該試驗裝置對軸承...

閥廳鋼結構清掃機器人設計————作者：汪旭旭;鄭涵鈺;姚斌;杜軒;李響;

摘要：針對換流站閥廳頂部鋼結構清掃過程中存在的結構復雜、人工清掃低效和高安全風險等問題，基于公理設計理論提出了一種以分體式多單元與抱臂機構為核心的清掃機器人設計方案，并通過樣機驗證了其可行性。構建了“功能—結構”模型并設計了設計矩陣，利用獨立公理確保功能需求的獨立性，結合信息公理優化了設計方案。機器人采用分體式三單元結構和抱臂機構，能夠跨越行走路徑中鋼結構上下方的障礙，并能通過轉向實現在不同方向鋼梁上的...

基于改進麻雀算法的機械臂多目標軌跡優化方法————作者：李玲;侯玉龍;李瑤;羅丹;解妙霞;

摘要：針對傳統機械臂在執行任務時工作效率低，易產生沖擊和振動導致機械部件疲勞損壞等問題，提出一種基于改進麻雀算法的機械臂的時間-沖擊最優軌跡規劃方法。以輕量化AR4六自由度機械臂為實驗載體，采用分段式3-5-3多項式插值構建關節運動學模型，并基于創新的Tent-Logistic雙重混沌映射與改良精英反向學習策略及柯西高斯變異策略相結合的改進麻雀算法（Newly Improved Sparrow Sear...

變剛度變阻尼磁流變阻尼器優化設計及性能分析————作者：劉東;胡國良;張佳偉;喻理梵;

摘要：針對傳統液壓減振器剛度和阻尼系數固定，減振性能不佳等問題，本文提出并設計了一種變剛度變阻尼磁流變阻尼器，通過將兩個剛度不同的彈簧與磁流變阻尼器串并聯，實現剛度和阻尼系數連續可調。闡述了變剛度變阻尼磁流變阻尼器的工作原理，建立了等效剛度和等效阻尼力的數學模型。以剛度可調范圍、阻尼力及其可調范圍為目標，基于NSGA-Ⅲ算法對變剛度變阻尼磁流變阻尼器進行多目標優化設計；同時對優化前后的阻尼器進行仿真分析...

多直徑礦用鋼絲繩無損檢測儀的設計與開發————作者：姚囝;楊運盛;劉洋;葉義成;馮杰;陶潛順;

摘要：針對現有礦用鋼絲繩質量檢測設備操作過程復雜、檢測直徑范圍有限等問題，開發了一種適用于多直徑礦用鋼絲繩在線智能無損檢測儀，包括開環永磁磁化系統、硬件外設、應用軟件及其濾波算法等。針對永磁體漏磁檢測的物理特性，通過ANSYS Maxwell電磁場仿真平臺建立了具有開環磁路特征的永磁勵磁系統三維有限元模型，分析磁化鋼絲繩缺陷處與檢測元件不同距離條件的缺陷特征曲線，確定了鋼絲繩的最佳提離值。為提高滑動平均...

一種可變徑多模式移動并聯機器人的設計與分析————作者：劉玉航;張春燕;田正雨;劉正陽;

摘要：針對復雜非結構化環境下移動機器人的折展能力與多模式適應性不足問題，本文提出一種由可變徑平臺和4-URU并聯機構組成的可變徑多模式移動機器人。首先，利用凸輪機構特性設計多向、多根伸縮桿沿徑向方向伸縮的可變徑平臺，并分析可伸縮平臺的結構與受力特性。結合此平臺的伸縮特性構建多模式移動并聯機構。對機構自由度進行螺旋理論分析，給出不同移動模式下的自由度及切換方法。在此基礎上，采用ZMP理論對機器人在各模式下...

運營隧道治理鑿毛裝置設計及運動學分析————作者：周揚;易勇;羅舟;寧智;尹來容;

摘要：針對運營鐵路隧道治理天窗期時間短缺、人工鑿毛效率低、定向專用設備缺乏等問題，本文基于施工工藝定向設計開發了運營隧道治理專用鑿毛裝置。首先，根據施工工藝設計要求確定鑿毛裝置結構為機械臂結合剪叉式提升架，并適配設計了固定與鉸接兩類鑿毛機構。其次，通過改進D-H參數法建立鑿毛裝置運動學模型，開展了正、逆運動學分析，并采用蒙特卡洛法求解鑿毛裝置工作空間。最后，對鑿毛裝置作業運動過程進行運動規劃分析，利用五...

基于領航-跟隨及人工勢場的環衛機器人編隊研究————作者：謝宇明;尹漢鋒;肖慧慧;

摘要：針對環衛機器人集群作業時存在編隊穩定性差的問題，創新性地提出了一種結合領航-跟隨策略與人工勢場算法的編隊控制方法。首先，根據環衛機器人的結構特點，基于領航-跟隨策略構建了其運動學模型。然后，針對環衛機器人的復雜作業環境，采用人工勢場算法進行編隊避障，并提出了全新的編隊變換策略，以使機器人能夠順利通過背街小巷等作業場景，從而實現多機器人的協同作業。最后，利用MATLAB軟件開展仿真實驗并在實際作業場...

基于Kresling折紙結構的軟體管道機器人設計————作者：韓偉濤;溫濤;劉磊;胡俊峰;

摘要：針對傳統剛性管道機器人體積大、對非結構化環境適應性差等缺陷，設計了一種基于Kresling折紙結構的軟體管道機器人。受蠕動爬行方式啟發，軟體管道機器人以塔簧-Kresling折紙結構作為伸縮結構，以硅膠摩擦帶作為摩擦結構。該機器人的最大負載為自身質量的5.9倍，最大水平爬行速度為25.14 mm/s，在垂直管道中的爬行速度可達9.96 mm/s。隨后，分析了伸縮結構類型，Kresling折紙結構的...

基于雙目視覺的掘進裝備定位系統移站自主標定方法————作者：張旭輝;楊駿豪;楊文娟;張超;陳鑫;萬繼成;劉彥徽;王悅;

摘要：穩定、連續的視覺位姿測量數據對提高煤礦掘進裝備的工作效率具有重要意義。目前，基于視覺信息的掘進裝備位姿測量方法存在合作標靶移站后標定過程煩瑣、無法自動連續測量的問題。針對這一難題，提出了一種基于雙目視覺的移站自主標定方法。首先，采用HSV (hue, saturation, value，色調、飽和度、明度)顏色分割和點線特征提取技術，針對合作標靶的紅色特征進行處理，以獲取合作標靶圖像信息。然后，設...

3D打印混凝土界面孔隙智能檢測方法研究————作者：曾妮;馬宗方;宋琳;段明;

摘要：目前，3D打印混凝土領域仍存在諸多問題，嚴重制約了其大規模工業化生產與應用。其中，孔隙為最常見缺陷，亟須發展相關檢測技術，以提高混凝土的打印質量。針對現有3D打印混凝土界面孔隙檢測方法主要依賴人的主觀經驗，且存在耗時長、成本高和計算資源耗費量大等缺陷，引入基于深度學習的目標檢測算法，提出了一種輕量級的孔隙智能檢測方法。首先，利用傳統圖像處理算法對3D打印混凝土界面孔隙圖像進行預處理，并構建適用于目...

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