最新刊期
      2020 年 第 2 期
      本期电子书

        理论研究

      • 于今,胡博,刘骏豪,刘富樯
        2020, 44(2): 1-8. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.001
        摘要：研究可达空间工作特性是Delta机器人设计的一项重要任务。利用闭环矢量方程推导了直线驱动型Delta机器人和旋转驱动型Delta机器人的位置逆解，通过运动学分析得出雅可比矩阵的向量表达方式，建立刚度指标和综合灵巧度指标，得出刚度指标与运动支链传动角的函数关系并验证，可以实现通过传动角的变化规律来判断刚度性能变化。基于可达空间和雅可比矩阵，通过Matlab仿真获得了两种Delta机器人全可达空间的刚度特性和灵巧度特性，并对两者不同性能的原因进行深入探究。结果表明，在可达空间体积近似的情况下，直线驱动型Delta机器人的刚度性能更好，而旋转驱动型在运动性能方面更为优秀。  
        关键词：Delta机器人 雅可比矩阵 刚度特性 灵巧度特性   
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        发布时间：2022-10-25
      • 王利闯,安子军
        2020, 44(2): 9-15. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.002
        摘要：针对新型双相正弦激波推杆活齿传动，进行了齿形综合和啮合力特性分析。首先，根据其结构和传动原理设计了双相正弦激波器廓线，推导出该传动机构中心轮齿廓方程及其变曲率计算公式，根据中心轮齿廓曲率变化曲线得到齿廓不发生干涉的条件，分析了中心轮实际齿廓干涉的影响因素；然后，基于变形协调条件分析了推杆活齿啮合副的啮合力及其变化规律和影响因素，分别得到推杆活齿与中心轮和激波器啮合的最大啮合力；最后，研究推导出传动机构的压力角计算公式，并分析了压力角的变化规律和影响因素。结果表明，传动比是影响中心轮实际廓线干涉的主要因素，波幅值次之；波幅值是影响啮合力的主要因素，形成双正弦激波凸轮理论廓线的基础圆半径ρ0次之；而波幅值是影响压力角α1的主要因素，ρ0是影响压力角α2的主要因素。研究为该传动机构设计和性能分析提供了理论依据。  
        关键词：双相正弦激波 推杆活齿传动 齿形综合 啮合力特性 压力角   
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        发布时间：2022-10-25
      • 杨主希,邬远航,唐进元
        2020, 44(2): 16-21. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.003
        摘要：非正交修形斜齿面齿轮是一种具有普适性的交叉轴齿轮传动方式，目前还没有接触应力解析计算公式，只能依靠有限元软件进行接触应力计算。给出了其接触应力计算方法和相应的计算公式。首先，基于曲面啮合传动原理，推导了非正交修形斜齿面齿轮齿面方程；其次，建立含安装误差的接触分析坐标系，由齿面接触分析原理得到接触点及其曲率计算方程；最后，按赫兹接触理论推导出一般形式的接触应力解析计算公式，该接触应力计算公式可以计算正交与非正交、修形与非修形、直齿与斜齿等各种不同形式的面齿轮传动接触应力，通过编制程序快速计算出相应的接触应力。以某一设计参数的面齿轮副为例，应用提出的接触应力计算方法计算出接触应力，同时利用Abaqus有限元软件进行齿面接触应力计算，提取有限元计算的面齿轮齿面接触应力值，与解析计算公式的结果进行对比，两者误差为5.23%左右。对比结果表明，给出的非正交修形斜齿面齿轮齿面接触应力计算方法与计算公式正确可行。  
        关键词：接触应力 斜齿面齿轮 修形 非正交   
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        发布时间：2022-10-25
      • 菅光霄,王优强,罗恒,云凯 李
        2020, 44(2): 22-27. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.004
        摘要：为探究齿轮的动力学特性与弹流润滑耦合效应，综合考虑齿轮啮合刚度的时变效应和表面粗糙度对齿轮动力学行为的影响，基于动力学理论，建立了6自由度摩擦动力学模型。采用解耦方法求解该模型，将求解获得的轮齿动态啮合力和表面波动速度用于弹流润滑分析中。通过实例研究了动、静两种载荷模型下齿轮的弹流润滑特性。研究表明，与平稳载荷相比，基于动载荷模型的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性，在啮合刚度的激励下，润滑时油膜压力和油膜厚度均表现出一定的振荡效应。啮入点、单齿啮入点以及单齿啮出点存在较大的冲击，是齿轮弹流润滑的危险点。  
        关键词：渐开线直齿轮 摩擦动力学模型 弹流润滑 润滑特性   
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        发布时间：2022-10-25
      • 隗寒冰,贺少川,陈思意,孟长春,邹波
        2020, 44(2): 28-36. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.005
        摘要：插电式柴电混合动力汽车在发动机冷启动阶段要求高NOx转化效率与低NH3泄漏的目标之间存在trade-off关系。依据SCR反应机理建立了NH3解吸附速率模型、SCR温度模型以及动态反应模型，将电池SOC和SCR温度作为状态变量，基于庞特里亚金极小值原理提出SCR起燃时间最短策略和油耗与排放多目标综合优化控制策略，并对上述两种策略进行仿真分析。结果表明，SCR起燃时间最短策略在快速升温过程中易造成氨存储量超过催化器储氨能力限值，氨泄漏体积浓度峰值达到4.362×10-5，而油耗与排放多目标综合优化策略相比SCR起燃时间最短策略，能实现快速起燃；同时，SCR出口氨泄漏体积浓度峰值降低至2.122 6×10-5，燃油经济性提高7.13%。最后，基于dSPACE实时仿真平台进行硬件在环实验，验证了所提出控制策略的实时性和有效性。  
        关键词：极小值原理 控制策略 多目标优化 冷启动 柴油发动机 混合动力汽车   
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        发布时间：2022-10-25
      • 袁跃兰,陈漫,李世红
        2020, 44(2): 37-41. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.006
        摘要：建立多片离合器摩擦元件接合传热过程的有限元计算模型，使用耦合计算方法研究了摩擦元件在单次等初速接合与等时间接合过程中的热流分配系数及温度变化过程，并对温度进行无量纲化处理和对比。结果表明，在两种接合过程中，热流分配系数都会高于定速滑摩工况，且在最后阶段都会迅速上升并接近于1；等初速接合过程的油压会影响接触面的最高温度，存在一个临界接合油压，使接触面峰值温度比其他接合油压情况都低，有利于摩擦元件的热稳定；在不同初始速度下的等时间接合过程中，改变接合油压会影响接合过程，但并不改变热流分配系数和无量纲温度的变化过程，这便于快速计算接合过程摩擦元件的温度水平。  
        关键词：车辆工程 多片离合器 热流分配系数 等初速接合 等时间接合   
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        发布时间：2022-10-25

        设计计算

      • 车林仙,黄勇刚,杜力
        2020, 44(2): 42-54. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.007
        摘要：应用坐标变换原理，推导出球面4R机构连杆点轨迹参数方程。在此基础上，以轨迹误差平方和最小为目标函数，以曲柄存在、杆长协调和传动角限制等为约束条件，建立机构不带预定时标近似轨迹综合的约束优化模型。结合自适应罚函数法，应用社会认知优化（Social Cognitive Optimization，SCO）算法求解该问题。为提高SCO算法的收敛精度和速度，以差分进化（Differential Evolution，DE）操作为邻域搜索算子，设计一种加速社会认知优化（Accelerating Social Cognitive Optimization，ASCO）算法。给出机构综合实例，轨迹分析结果表明，所建立的模型和提出的ASCO算法可行有效。比较了基本SCO、DE和ASCO算法求解该机构综合实例的优化性能，数值实验显示，ASCO算法的收敛速度、收敛精度和稳健性等性能指标优于基本SCO和DE算法。  
        关键词：球面4R机构 轨迹综合 约束优化设计 社会认知优化算法 差分进化算法   
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      • 王中双,尹久政,高梦琦
        2020, 44(2): 55-60. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.008
        摘要：针对单自由度双曲柄六杆压力机机构计算机建模与动态静力分析问题，提出了相应的向量键合图法。根据机构的结构及组成原理，建立其向量键合图模型；通过有效的方法，使机构向量键合图模型的贮能元件皆具有积分因果关系，解决了机构动态静力分析计算机建模的代数困难。应用相应的算法，实现了单自由度双曲柄六杆压力机机构计算机建模与动态静力分析，分析了脉冲形式的工作阻力对机构驱动力矩及运动副约束反力的影响，说明了所述方法的可靠性及有效性。  
        关键词：向量键合图 计算机建模 动态静力分析 单自由度双曲柄六杆压力机机构 脉冲工作阻力   
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        发布时间：2022-10-25
      • 余亮,张龙,王鹏,万俊
        2020, 44(2): 61-67. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.009
        摘要：针对Delta并联机器人在食品、医药、电子等轻工业上的广泛应用，对一种T型轴铰链Delta三平动并联机器人的构型设计进行了系统研究。分析了运动副在机构组合中自由度约束关系，得出了一种最小支路位移参数特性，以此遴选出3T0R并联机构所含的支路类型，综合出多组三平动并联机器人机构。经过机构演变法，设计出一种支路类型为HSOC{-P(4R)-R⊥Ȓ∥R⊥Ȓ-}的新型T型轴铰链的Delta并联机器人机构。并基于位移参数特性，验算了其机构空间自由度。基于设计的Delta并联机器人机构，进行了运动学分析，建立了逆解位置模型、正解位置模型和速度模型。  
        关键词：Delta 最小支路位移参数特性 构型设计 运动学分析   
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        发布时间：2022-10-25
      • 王世龙,计三有,童亮
        2020, 44(2): 68-72. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.010
        摘要：设计研究了一种新式分度凸轮-行星齿轮复合机构。其输入轴与输出轴同轴放置，输入轴与摆杆固连，摆杆与行星齿轮轴铰接，行星齿轮、两个摆臂以及行星齿轮轴固连。摆杆随输入轴转动，两个摆杆上的滚子分别与两个凸轮保持接触，接触点随摆杆转动不断变化，摆臂相对摆杆发生相对转动，带动与其相连的行星轮摆动。最终实现中心轮的间歇运动，即分度运动。定义了机构运动的工况参数，根据具体参数推导了凸轮的实际轮廓线方程，完成机构的三维建模与运动仿真，验证了设计建模过程的正确性。  
        关键词：分度凸轮机构 凸轮轮廓线设计 三维建模 运动仿真   
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        发布时间：2022-10-25
      • 田哲文,左效超,李晓宁
        2020, 44(2): 73-79. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.011
        摘要：为了使V型皮带CVT匹配巴哈赛车（BAJA SAE）工况以及发动机特性，对其关键参数进行优化。建立了某V型皮带CVT力学模型，分析了CVT调速特性并在Matlab建模仿真；采用遗传算法以提升动力性为目标对CVT关键参数进行优化；搭建台架进行试验验证。结果表明，仿真结果与试验数据基本一致，CVT传动比变化符合赛车行驶工况，发动机始终工作在峰值转矩及功率对应转速范围（2 800~3 600 r/min），整车的动力性得到明显提升。该研究对V型皮带CVT的参数匹配及优化有一定的指导作用。  
        关键词：V型皮带CVT 巴哈赛车 遗传算法 参数优化   
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        发布时间：2022-10-25
      • 葛正浩,白鹏虞,韩小虎,刘雪松
        2020, 44(2): 80-87. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.012
        摘要：为了研究正交3自由度平动并联机构平台，设计了该并联机构平台构型；利用校正后的Kutzabach-Grubler自由度计算公式验证该并联机构平台的输出是3自由度运动；根据各构件之间的几何关系，探求各运动支链的夹角与摆臂之间的约束方程；通过运动坐标系和固定坐标系相互之间的映射关系，建立并联机构运动平台参考点的位置方程；对并联机构平台的位置正、逆解等内容进行求解，得到了并联机构平台的速度与加速度表达式。最后，根据设定好的运动规律参数对其进行运动学仿真，并在运动平台上设定参考点，获得了运动平台的运动轨迹和相关运动规律曲线图，验证了并联机构平台的动态性能。  
        关键词：正交平动并联机构 3自由度 Kutzabach-Grubler 运动学分析   
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        发布时间：2022-10-25

        试验分析

      • 赵宁,靳永先
        2020, 44(2): 88-97. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.013
        摘要：基于插齿加工原理，应用VERICUT软件对非正交面齿轮进行了仿真加工，并应用Matlab软件，探究了插齿加工误差对齿面精度的影响规律。首先，根据齿轮啮合原理，对包含加工误差的非正交面齿轮齿面方程进行推导，使用Matlab软件计算出齿面点坐标；其次，在SolidWorks中搭建机床模型、刀具和齿坯，导入VERICUT中，编写相应的数控程序，进行加工仿真，并把加工得到的模型与理论模型进行对比，验证了数控插齿加工面齿轮的正确性；最后，建立测量坐标系，对工作齿面测量点范围进行规划，提出了一种齿面误差的计算方法。使用Matlab进行数值仿真，将含加工误差齿面与理论齿面点对点地进行了定量、精确的比对，总结出3种常见加工误差对齿面精度的影响规律。  
        关键词：非正交面齿轮 插齿加工仿真 VERICUT 加工误差分析   
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      • 杜雪松,楼嘉彬,黄玉成,刘豪
        2020, 44(2): 98-103. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.014
        摘要：强度退化和失效相关性对机械系统的可靠度有显著影响，目前尚无同时考虑上述因素的RV减速器动态可靠性分析方法。根据RV减速器的结构特点，建立了基于强度退化理论的RV减速器零件动态可靠度分析模型，分析了强度退化对RV减速器零件可靠度的影响规律；通过推导出的耦合两级传动子部件可靠度的Copula函数描述零部件间的失效相关性，建立了RV减速器系统动态可靠性分析模型，研究了失效相关性对系统可靠性的影响规律；对影响RV减速器可靠性的主要设计参数进行了灵敏度分析，获得了各参数的灵敏度排序，为RV减速器的可靠性优化设计奠定了基础。  
        关键词：RV减速器;失效相关性;强度退化;动态可靠性;灵敏度分析   
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        发布时间：2022-10-25
      • 王海霞,吴清锋,吴艺波,王清忠,郑柏恒,胡伟健
        2020, 44(2): 104-108. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.015
        摘要：为准确测量机器人RV减速器的传动误差，分析测量过程中负载和输入转速的影响，指导机器人RV减速器的测量和应用，通过选型关键测试部件搭建了由驱动模块、加载模块、控制模块、测量模块、软件模块和机械模块组成的机器人RV减速器综合试验台，测量了RV-40E和RV-320E不同条件下的传动误差值，得到了传动误差曲线图。基于实验数据拟合出负载、输入转速、不同型号和传动误差之间的关系，分析了负载、输入转速、刚度对于传动误差的影响。结果表明，机器人RV减速器的传动误差随着负载和输入转速的增大而增大，随着刚度的增大而减小，负载对传动误差测量值的影响为3阶次，对其影响较大。  
        关键词：机器人 RV减速器 传动误差 测量 负载 输入转速   
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        发布时间：2022-10-25
      • 莫易敏,胡启奇,刘杰,杨君健,董济兴,梁耀航
        2020, 44(2): 109-113. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.016
        摘要：针对准双曲面齿轮在热处理过程中存在畸变，热处理后接触区质量较差的现状，提出了一种利用主、被动齿1阶相对齿面误差分析接触区偏移的方法。通过试验研究得到主、被动齿相对螺旋角误差对接触区偏移的影响规律，并验证了接触区偏移原理的正确性。同时，利用接触区偏移原理和热处理畸变规律，在切齿阶段进行补偿热处理畸变量，得到新的切齿模型进行生产。结果表明，通过该方法能使热处理后齿面误差在标准范围内，热处理后接触区的质量也得到控制。  
        关键词：准双曲面齿轮 接触偏移 齿面误差 切齿补偿   
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      • 王昭,王勇,盛若愚,霍志璞
        2020, 44(2): 114-120. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.017
        摘要：提出了一种展示结构与功率流特性关系的图解分析模型，对可能存在的结构型式与效率进行了探究。研究表明，循环功率的存在与否由结构本身决定，与结构中特性参数P无关；提出了6种传动比范围较大的结构型式；结合分析模型对传动比和效率的关系进行了探讨，得知在特性参数P∈[3，8]条件下必然存在循环功率的传动比区间。最后，结合该方法对某方案进行效率分析，以改变齿比的方式提升了效率。  
        关键词：2K-H型封闭行星传动 图解分析模型 结构 循环功率 效率   
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      • 袁光前,胡云波,李金库,夏亮宇
        2020, 44(2): 121-127. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.018
        摘要：齿轮箱热功率损失及传动效率是评价齿轮传动质量好坏的重要指标之一。基于齿轮各啮合参数，推导了齿轮啮合热功率损失数学表达式。考虑油膜厚度和摩擦因数，分析了齿轮啮合滚动功率损失和滑动功率损失与两者的对应关系，得到各齿轮参数对齿轮啮合热功率损失的影响规律。结果表明，滚动功率损失与油膜厚度呈正相关关系，而滑动功率损失与摩擦因数呈正相关关系。基于各齿轮参数对齿轮啮合热功率损失的影响，提出高效率人字齿参数选取原则。  
        关键词：热功率损失 油膜厚度 摩擦因数 传动效率   
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        发布时间：2022-10-25
      • 甘胜勇,洪广怀,周长江
        2020, 44(2): 128-132. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.019
        摘要：以超高速卷接机组纸宽调节机构为对象，研究超薄纸带的调偏机理及刚柔耦合分析方法。采用空间展平投影法，探究纸带偏移量与斜置辊间距、倾斜垫片角度的关联规律。构建超薄纸带的运动学与动力学模型，测量出纸带的关键力学性能参数弹性模量。通过将纸带离散成柔性体单元和把辊轮离散为刚体单元，建立纸宽调节机构的刚柔耦合计算模型。结果表明，计算和试验得到的输出端纸带横向偏移量较为一致。研究结果为超薄纸带调偏参数优化与高速平稳送纸提供了理论依据。  
        关键词：卷接机组;超薄纸带;空间调偏;刚柔耦合   
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        发布时间：2022-10-25

        开发应用

      • 龚琰,曹巨江,张艳华
        2020, 44(2): 133-137. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.020
        摘要：针对弧面凸轮行星机构的主要构件外环面凸轮因其超环面的结构所造成的加工难度大、成本高且整机装配精度难以保证的问题，提出一种新型的鼠笼式弧面凸轮行星机构，对机构中的外环面凸轮做了结构改进。新型结构降低了外环面凸轮的加工难度，同时避免了外环面凸轮分体式结构造成的装配精度不高的问题。对鼠笼式弧面凸轮行星机构进行三维建模及运动仿真，经验证，机构运动形式正确。  
        关键词：弧面凸轮行星机构 鼠笼式外环面凸轮 三维建模 运动学仿真   
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        发布时间：2022-10-25
      • 周叶,宋爱平,赵昆鹏,于晨伟
        2020, 44(2): 138-143. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.021
        摘要：针对目前椭圆弧齿线圆柱齿轮测量方法的缺乏，设计了一种基于激光位移传感器的椭圆弧齿线圆柱齿轮精密测量装置。阐述了椭圆弧齿线圆柱齿轮的几何形状特征，介绍了激光非接触式测量装置的构成与测量原理，通过对该齿轮多个径向截面轮廓的激光测量，建立齿轮测量截面的轮廓数据模型；对截面轮廓数据模型进行坐标转换，计算出齿轮中间截面的齿距偏差；分析同一轮齿不同截面的齿廓测量数据，计算不同截面分度圆与齿廓交点坐标值，计算出椭圆弧齿线的整体偏差值。该方法能够有效填补曲线齿线圆柱齿轮的测量技术空白，且具有较高的测量精度和效率；其同样也适用于其他圆柱齿轮测量。  
        关键词：椭圆弧齿线圆柱齿轮 激光位移传感器 齿距偏差 齿线偏差   
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        发布时间：2022-10-25
      • 封凯迪,杨岩
        2020, 44(2): 144-149. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.022
        摘要：针对现有手部康复训练装置结构复杂、便携性能差等问题，提出一种基于形状记忆合金弹簧的新型手部康复训练装置。该装置通过欠驱动模式，用单根记忆合金弹簧与多根普通弹簧驱动，实现了手部康复训练装置的小型化、便携化以及操作简易化。对形状记忆合金弹簧输出力与输出行程的关系进行了探究并实验验证；分析了指节输出力的影响因素；对比分析PID控制与模糊控制两种控制方式，使得装置的控制效率得到提升；对装置进行仿真及实验，验证了装置的合理性，为下一步装置的优化提供了基础。  
        关键词：欠驱动 形状记忆合金 训练装置 仿真   
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        发布时间：2022-10-25
      • 梁泉彬,刘昕绮,王超,孙忠谦,李映君
        2020, 44(2): 150-153. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.023
        摘要：针对变速自行车需要手动换挡，而且手动换挡后存在传动比不匹配当前阻力状况的问题，提出一种利用弹簧力的连续性实现无级变速的机械式自行车无级变速装置的方案，并通过使弹簧力方向与阻力方向之间存在一个变化的夹角的方法，使主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间呈现非线性关系，扩大可无级变速的有效阻力范围。通过计算得出了主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间的函数关系式。最后，对方案进行仿真分析，获得应力云图，验证了本方案的可行性。  
        关键词：无级变速 机械式 弹簧 仿真   
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        发布时间：2022-10-25

        综述

      • 郭勇,赖广
        2020, 44(2): 154-165. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.024
        摘要：随着机器人技术的发展，工业机器人广泛应用于自动化生产之中，极大地提高了生产效率以及自动化程度。轨迹规划是完成作业任务的关键环节，而轨迹优化则进一步提高了任务完成质量，也顺应了工业发展的需要。对工业机器人关节空间的轨迹规划及优化研究进展进行了综述。首先，简述了关节空间轨迹规划算法，指出多项式插值是主要方式，B样条曲线因其优良特性是今后发展的必然趋势。然后，对不同目标下的轨迹优化进行了全面综述，指出优化目标的确定以及算法的改进等还存在的问题。最后，对今后的发展方向进行了展望，多目标优化求解方式以及约束的动态调整等将是今后的研究重点。  
        关键词：工业机器人 关节空间 轨迹规划 轨迹优化   
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        发布时间：2022-10-25
      • 申京玉,张仕民,陈冲,许秩铫
        2020, 44(2): 166-176. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2020.02.025
        摘要：无动力外骨骼助力机器人具有无能耗、成本低、使用便捷等优势，可广泛应用于工业制造、医疗康复等多个领域。系统阐述了无动力外骨骼助力机器人的定义与分类，介绍了助力原理；绘制了国内外典型无动力外骨骼助力机器人机构运动简图并简述了相应的结构原理；最后根据调研结果归纳了现阶段存在的不足、需要突破的关键技术等。对于无动力外骨骼助力机器人的研究与应用具有一定的参考价值。  
        关键词：无动力 外骨骼 助力 机器人 综述   
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        发布时间：2022-10-25
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