机械动力学

• 可折展扑翼飞行器瞬态折展机构设计与运动特性分析

  张杰;侯宇;尤昶;李陈佳瑞;

  可折展扑翼飞行器是一种机翼可以折叠和展开的扑翼飞行器，其研究对于提高扑翼飞行器的仿生程度和飞行性能具有重要的意义。针对目前可折展扑翼飞行器折展率小、无法实现多段翼折展、折展速度低等问题，设计了一种用于扑翼飞行器两段式翅翼折展的瞬态折展机构。构建了瞬态折展机构的数学运动模型，通过MATLAB与ADAMS的联合仿真对瞬态折展机构进行运动分析，得出飞行器翅翼的折展率为85.9%，展开时间为0.32 s，满足了设计目标，验证了研究方法的合理性，为后续可折展扑翼飞行器性能提升与实际应用奠定了基础。

  2025年12期 v.44;No.370 2047-2053页 [查看摘要][在线阅读][下载 1543K]
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• 无系留缠绕式管线攀爬弹性体机器人

  王文蔚;陆正旺;彭吉涛;王志茂;臧红彬;

  针对当前管线攀爬软体机器人需要通过系留方式与外部动力源连接导致影响运动独立性这一难题，提出了一种具有新型驱动方式的无系留微小型管线攀爬弹性体机器人。该机器人由两个创新设计的仿象鼻缠绕式致动器和一个伸缩式致动器组成。通过在水平管、竖直管、变直径管、弯曲管、不同截面以及不同材料管线表面攀爬实验测试，验证了方案的可行性。该弹性体机器人相比于刚性机器人更轻、更小、具有更强的适应性，同时相比于系留软体机器人也有效避免了因连接线带来的额外负载以及连接线与管线缠绕或与机器人自身缠绕造成的各种困扰。

  2025年12期 v.44;No.370 2054-2062页 [查看摘要][在线阅读][下载 2628K]
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• 随行振动固井的耦合共振效应与应用评价

  杜宇斌;李刚;吴玉杰;柯琎;陶亮;

  随行振动固井技术是一种有效克服振动波衰减、提升石油天然气钻井进程中固井质量的新工艺。本文首次展示了自研装备的结构和激励载荷，阐述了该项技术的耦合共振激励机理，给出了简支梁套管共振的振幅表达式、流体中的激波压力函数、激波衰减特征及界面层参考厚度，并量化了功率为30 W装备对5-1/2英寸套管进行固井时的耦合共振响应和泥浆激波特征。通过在青海油田8口井的应用测试，验证了该项技术是一种有效工艺措施。

  2025年12期 v.44;No.370 2063-2068页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K]
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• 全局感知AGV的导航控制技术研究

  匡兴红;梁定乾;时雨;孔杰;

  针对传统自动导引车（Automated guided vehicle, AGV）在室内导航过程中存在定位精度不足，定位成本高，视野单一，以及常规AGV控制灵活性差等问题，本文提出了一种全局视觉的麦克纳姆轮AGV的高精度导航控制系统。全局视觉即在室内高处侧搭载相机并拍摄，通过YOLOv5识别算法和相机标定，获取到AGV以及周围环境物的实时坐标信息。然后将获取到的AGV定位信息与其惯性导航定位进行自适应扩展卡尔曼滤波算法融合，得到更精确的定位信息，最后通过对麦克纳姆轮AGV运动学分析，使用模糊PID以及解耦控制方法，对AGV的运动进行实时纠偏，达到导航控制目的。实验验证，AGV的定位控制精度可达到10 cm以内，定位导航效果得到明显改善。

  2025年12期 v.44;No.370 2069-2077页 [查看摘要][在线阅读][下载 1644K]
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• 动态约束采样RRT^*-Connect算法的移动机器人路径规划

  陈忠;阴艳超;易斌;林文强;侯步超;孙钰茗;

  为了解决RRT_*-Connect算法在复杂障碍环境下随机性大、搜索效率低、路径节点冗余等问题，提出一种基于动态约束采样RRT_*-Connect算法的移动机器人路径规划算法。首先，在RRT_*-Connect算法的基础上采用动态目标节点概率偏置进行对向搜索树目标节点偏置采样，使双树扩展以对向搜索树节点为目标，减少双树连接随机性；再结合目标节点动态区域采样方法，以目标节点及离目标节点最近的对向搜索树节点为核心，构建多级采样区域，约束搜索树的扩展方向，实现动态约束采样，并通过阈值设置避免局部震荡。在此基础上，引入人工势场法的斥力思想，设计基于全局与局部环境复杂系数的自适应动态步长，极大提高搜索效率；采用Cantmull-Rom样条曲线进行路径平滑。仿真结果表明，该算法收敛速度更快，效率更高，节点利用率达30%以上，无用节点大幅减少，搜索树枝条更少，能适应各类复杂的障碍物环境。本文算法较RRT_*-Connect算法运行时间减少23%以上，路径长度缩减7%以上。

  2025年12期 v.44;No.370 2078-2089页 [查看摘要][在线阅读][下载 1797K]
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• 一种用离散多小波变换的可解释卷积神经网络在滚动轴承故障诊断中的应用

  胡海彬;刘仁鑫;夏宇雯;刘日龙;

  针对目前智能诊断模型在对旋转机械进行故障诊断时，缺乏可解释性且抗噪能力弱，提出了一种离散多小波变换和卷积层融合的可解释诊断模型。利用离散多小波滤波器构建离散多小波层（DMWL），使用该层多小波滤波器把输入的振动信号分解成多个频率分量信号；借助一维卷积层学习各频段信息，实现模型对故障信息定位。为了增强离散多小波变换卷积神经网络（DMWT-CNN）模型学习各个频率分量信息的能力，引入了频率注意机制（FAM）。在两种滚动轴承数据集和多种诊断模型中进行验证结果表明：该模型能定位检测故障信息，且在–6 dB高斯白噪声干扰下诊断精度达到90%，高于其他诊断模型，具有可解释性和良好的鲁棒性。

  2025年12期 v.44;No.370 2090-2098页 [查看摘要][在线阅读][下载 1441K]
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• 二级齿轮传动系统接触有限元分析及齿轮腹板偏置设计

  王硕;袁冰;徐文博;韩冰;马国亮;

  在载荷作用下，齿轮传动系统中支承轴的弯扭耦合变形会使齿轮副啮合齿面之间产生啮合错位，进而影响齿轮副沿齿宽方向的齿面接触应力分布。基于ANSYS有限元分析软件，建立了考虑轴柔性的二级齿轮传动系统的接触有限元模型，分别考察了实心式和腹板式轮体结构下各级齿轮副沿齿宽方向的齿面接触应力分布。结果表明：对于实心式和腹板式齿轮，各级齿轮副齿面接触应力均存在明显的偏载现象。而将腹板式齿轮的腹板进行偏置布置时，各级齿轮副沿齿宽方向的齿面接触应力分布均发生明显变化。通过对齿轮腹板进行合理的偏置设计，可以有效改善各级齿轮副齿面接触应力沿齿宽方向的偏载现象。

  2025年12期 v.44;No.370 2099-2105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K]
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• 一种新型刚柔混合软体机器人运动学预测

  陈根;徐林森;汪志焕;张恒玮;刘志鹏;蔡剑晨;

  由于材料的非线性和可变性、计算的复杂性和负载的不稳定性，软体执行器运动学的建立仍然是一项具有挑战性的任务。本文提出了一种机器学习方法来获得软体机器人在三维空间的运动学映射，以解决传统建模方法的困难问题。同时，还使用了有限元（FEM）的方式来产生大量的训练数据，以确保训练后的模型的可靠性。通过比较优化后的BP神经网络和多项式回归模型得到了最优方案。结果显示，平均位置误差在1 mm以内，平均压力误差在1.6 kPa以内。机器学习的方法解决软执行器的运动学问题，比通常的分析方法更简单、更准确。

  2025年12期 v.44;No.370 2106-2115页 [查看摘要][在线阅读][下载 8225K]
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精密制造与加工

• 绳驱冗余机械臂研究综述

  李伟杰;王振宇;李岩;

  对绳索驱动的冗余自由度机械臂进行了综述。首先根据结构对应用在不同领域的绳驱冗余机械臂分为离散式刚性全驱动结构、连续式柔性分段驱动结构和刚柔耦合分段驱动结构3类，并进行了介绍。综述了绳驱冗余机械臂的运动控制技术和智能感知技术。最后就现有的绳驱冗余机械臂所面临的问题和存在的局限性，提出了未来的发展方向。

  2025年12期 v.44;No.370 2116-2135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1672K]
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• 微重力环境下的FDM熔丝形态研究

  安星辰;丁子珊;成国峰;郭维诚;江小辉;

  针对未来太空加工制造中，熔融沉积成型（Fused deposition modeling, FDM）参数的选择是否会影响熔丝颈部长度和成型件拉伸强度的问题，采用流体有限元软件Fluent对微重力FDM进行堆积成型过程的仿真，分析了不同打印层厚、打印速度和打印温度在不同重力环境下对熔丝叠加黏结时颈部长度的影响，并与FDM成型件的拉伸强度进行关联分析。结果表明，打印层厚的增加会使得熔丝的颈部长度减小，并在0.1 mm时微重力与常重力环境下差距明显，为0.021 mm。打印速度为60 mm/s时的颈部长度最大，当速度过快时，熔丝会因受热不充分导致黏结的效果降低，使得颈部长度降低。微重力则会减小丝材的质量力，进而使颈部长度减小，降低成型件的拉伸强度，且拉伸强度平均低于常重力约7.1%。

  2025年12期 v.44;No.370 2136-2145页 [查看摘要][在线阅读][下载 1882K]
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• SOA-XGBoost融合算法的滚削力波动特性预测

  郑荣盛;丁国龙;周明成;

  高速干式滚齿加工过程是一个高度非线性、强时变性的复杂动态过程，难以建立准确有效的滚削力波动特性的动力学模型。因此，本文提出一种基于机器学习的SOA-XGBoost的滚削力波动特性预测模型，通过使用海鸥优化算法SOA对XGBoost模型的超参数进行迭代训练，将优化后的超参数赋给XGBoost模型进行滚削力波动特性的预测，与已有的GABP、PSO-SVR和XGBoost算法模型进行预测对比分析，对预测模型进行优选。实验结果表明SOA-XGBoost在粗加工和精加工测试集上的平均绝对预测误差分别为1.86%和2.51%，提高了滚削力波动特性的预测精度，可为滚齿加工工艺参数优化提供指导。

  2025年12期 v.44;No.370 2146-2160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K]
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• 一种融合点云深度学习的三维CAD模型局部特征检索方法

  李秀玲;李福胜;张树生;

  针对三维数控工艺重用过程局部加工特征需要预先定义，特征复杂且依赖于专家知识或经验，严重影响相似工艺检索精度以及后续重用性等问题，提出一种基于点云深度学习的三维CAD模型局部特征检索方法。将零件三维几何模型转换为点云，并对零件点云模型进行均匀下采样重构及法向量计算，实现对零件几何的三维点云表征。接着基于PointNet++网络架构，通过减少网络层数，最大池化操作以及去除全连接层以提取零件局部特征。之后采用零件局部特征及加工要求关联的相似性检索方法，检索相似加工工艺。所提方法在一个型腔加工特征上进行了验证，结果表明所提方法能够有效提取零件局部特征，并检索出相似的加工工艺，支持后续快速工艺设计。

  2025年12期 v.44;No.370 2161-2173页 [查看摘要][在线阅读][下载 1723K]
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仪器、仪表科学与技术

• ISMO-RW算法的机器人智能避障技术

  蔡成峰;苟秉宸;

  针对移动机器人避障过程中效率低下、动态性差等问题，提出一种融合改进椋鸟群算法(Improved starling murmuration optimizer, ISMO)和滚动窗口法(Rolling window, RW)的机器人避障方法。首先引入两种策略对椋鸟群算法进行改进：引入泰勒最优邻域策略，以降低算法陷入局部最优的可能性；引入动态对立策略，以平衡算法的搜索和开发阶段。其次考虑到机器人遇到未知运动状态障碍物的问题，引入RW算法进行动态规划，以提升机器人的动态避障能力。仿真结果表明，ISMO-RW算法无论是在静态场景还是动态场景下，路径长度及运行时长均更短。实车实验验证了ISMO-RW算法的实际性能。

  2025年12期 v.44;No.370 2174-2180页 [查看摘要][在线阅读][下载 1484K]
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• 天牛群改进模糊神经网络PID算法的混合式步进电机位置控制

  徐嘉亮;陈逢军;

  为提高两相混合式步进电机的工作稳定性，实现对步进电机位置的精确控制，提出一种天牛群(BSO)改进模糊神经网络PID算法。首先，在建立两相混合式步进电机数学模型基础上，设计了基于BSO改进模糊神经网络PID控制器，采用BSO算法进行迭代寻优，找到合适的PID参数；其次，利用模糊神经网络对PID系数进行实时调整。最后，利用MATLAB软件进行仿真验证，并分别在搭建的步进电机位置闭环运动平台进行了阶跃响应实验和信号跟随实验。仿真和实验结果表明，相较于传统PID算法、BSO-PID算法以及模糊神经网络PID算法，BSO改进模糊神经网络PID算法有效提高了系统的鲁棒性，同时系统对位置指令响应速度快且无超调，抗干扰能力强，具有更好的动态性能。

  2025年12期 v.44;No.370 2181-2190页 [查看摘要][在线阅读][下载 1629K]
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• 改进的YOLO-V7钢材表面缺陷检测算法研究

  李伟;姚小敏;张鹏超;杨雯雯;李一飞;

  为了提高钢材表面缺陷检测的准确度和速度，提出了一种基于改进的YOLO-V7的钢材缺陷检测算法。该算法使用轻量化模块(GhostConv)减少训练过程的参数冗余，在池化卷积模块中融入无参注意力机制(SimAM)，使模型生成三维关注权重，加强网络对特征的学习能力；在池化卷积模块中融入全局注意力机制(GAM)，使网络在训练时关注更多的信息；最后数据集使用K-means++进行聚类，得到新的锚框，提高算法模型的准确度和鲁棒性。实验结果表明，本文的算法相较于YOLO-V7算法，mAP值提高了5.8%,FPS值为59.7。改进后的算法有效地提高了对钢材缺陷检测的准确度，能更好的适应工业检测环境。

  2025年12期 v.44;No.370 2191-2200页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K]
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运载工程

• 分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制策略研究

  马园杰;张维;周兴林;冉茂平;

  针对自动驾驶车辆行驶时路径跟踪不稳定问题，为降低车辆的轨迹跟踪误差，采用预瞄-跟随理论设计前轮转向的滑模控制器，实现对规划路径的实时跟踪。为了提高车辆行驶的稳定性，应用滑模控制设计后轮转角和横摆力矩集成控制器，并根据每个车轮的载荷进行横摆力矩分配。通过搭建Carsim/MATLAB联合仿真平台，在高速高附着与低速低附着工况下对所提出的控制算法进行验证，比较前轮转向（FWS）、前轮转向+横摆力矩控制（FWS+DYC）、四轮转向（4WS）和四轮转向+横摆力矩控制（4WS+DYC）之间的稳定性的差别。结果表明：该驾驶员模型可很好的跟踪期望路径，有效减少路径跟踪偏差；四轮转向和横摆力矩辅助控制可有效减小质心侧偏角和横摆角速度峰值，增加车辆行驶的稳定性。

  2025年12期 v.44;No.370 2201-2209页 [查看摘要][在线阅读][下载 1443K]
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• 重载AGV质心侧偏角UKF-CNN-LSTM估计

  张惠;薛善良;麻茹雪;刘国辉;

  转运大型产品的重载自动导引车（AGV）运动稳定性控制至关重要，其关键是质心侧偏角的精确获取。为克服测量质心侧偏角成本高、动力学非线性和不确定性等问题，研究一种基于动力学模型与数据驱动的状态估计方法。将卷积神经网络（CNN）的特征提取能力和长短时记忆网络（LSTM）的数据记忆特性结合，生成时滞非线性状态估计的数据驱动模型，估计的“伪质心侧偏角”作为无迹卡尔曼滤波（UKF）的观测值，以修正基于动力学模型的估计值。对比实验表明，UKFCNN-LSTM的质心侧偏角估计模型的估计较优。

  2025年12期 v.44;No.370 2210-2217页 [查看摘要][在线阅读][下载 1499K]
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航空、宇航工程

• 考虑相关性的高速试验台增速齿轮箱可靠性分析

  杜进辅;曲南飞;杨攀;张延超;

  高速试验台增速齿轮箱可靠性要求高，而过高的运转速度易引发多模式失效，为精确评估其可靠性，开展了基于有限元分析、响应面法、蒙特卡洛方法与Copula函数方法的失效相关可靠性分析。首先，基于有限元分析考虑齿轮啮合位置变化对齿轮应力的影响，确定齿轮应力最大值；其次，采用中心复合设计(CCD)和拉丁超立方采样(LHS)，考虑齿轮材料及载荷参数的离散性，建立齿面接触疲劳、齿根弯曲疲劳和齿面胶合3种失效模式的可靠性参数模型；最后，紧密围绕失效相关问题，采用嵌套Copula函数进行高维建模，对某增速齿轮箱进行系统层面和零件层面的可靠性分析。结果表明：考虑失效相关性的可靠性分析更符合工程实际，有利于精密机械系统的高可靠性设计。

  2025年12期 v.44;No.370 2218-2226页 [查看摘要][在线阅读][下载 2131K]
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• 《机械科学与技术》(第44卷)总目次

  <正>~~

  2025年12期 v.44;No.370 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 635K]
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• 《国际设备工程与管理》(英文)征稿启事

  <正>《国际设备工程与管理》为学术性英文期刊(ISSN 1007-4546),季刊。现主管单位为工信部。由西北工业大学主办并向国内外公开发行。设备工程与管理是一门综合性的交叉学科,它的特点是以工为主,工管结合;以机为主,机电结合。并涉及技术、经济及管理等方面的相关内容。本刊的报导重点是与设备相关的应用技术和工业管理等方面的相关学术论文。

  2025年12期 v.44;No.370 9页 [查看摘要][在线阅读][下载 422K]
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• 《机械科学与技术》征稿简则

  <正>本刊由西北工业大学主办，1981年创刊，月刊，向国内外公开发行。本刊是中文核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心期刊、中国科技信息研究所选定的科技论文统计源期刊。1）本刊刊登的学术论文主要包括：机械科学与技术的理论研究，设计计算，机构分析，实验研究，涉及机械工程的新方法、新工艺、新材料、新设备，CAD/CAM及机电一体化、学科发展前沿的领先成果。

  2025年12期 v.44;No.370 2042页 [查看摘要][在线阅读][下载 144K]
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