机械工程学报

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丛明, 邹强, 刘冬, 杜宇

机械工程学报. 2019, 55(23): 1-12. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.001

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快速准确完成目标导航是哺乳动物赖以生存的一个重要能力，海马体和内嗅皮层是实现其空间认知及导航能力的主要脑区，网格细胞和位置细胞等多细胞的协同作用可以为大脑提供一套综合定位系统，实现了哺乳动物更高水平的认知功能。综述了哺乳动物海马相关定位细胞在机器人自主导航领域的最新研究进展，重点介绍了定位细胞认知机理启发的机器人环境建模、地图构建及行为规划与控制等领域的研究成果。最后对定位细胞启发机器人应用存在的问题进行分析和讨论，并对未来发展方向做了展望。

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养老服务机器人现状及其发展建议

赵雅婷, 赵韩, 梁昌勇, 孙浩, 吴其林

机械工程学报. 2019, 55(23): 13-24. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.013

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随着人口预期寿命的增长和生育率的下降，人口老龄化问题日益严重。目前养老模式难以满足养老需求，养老机器人的使用逐渐进入人们的视野，成为当前研究和产业发展的热点。针对这一需求，对现有的服务机器人及相关技术，包括移动机构、执行机构、结构、识别技术、人机交互技术、定位与场景技术、协同技术和控制技术等，进行了综述。在此基础上，针对发展养老服务机器人存在的问题，提出了四方面建议，即要用功能系统分析方法等深入研究养老服务的各种需求，并给出了部分需求；要在性价比和标准化及系列化方面加大研究力度；要开展多养老服务机器人的协作研究，并提出了一种分层式多养老服务机器人系统组织结构和动态任务规划流程；要在这一领域引入新的动力学与控制理论和方法，如U-K理论和模糊理论等。

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两转一移冗余驱动并联机构构型综合新方法研究

李永泉, 张阳, 郭雨, 李旭冉, 张立杰

机械工程学报. 2019, 55(23): 25-37. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.025

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在铣削、钻铆、焊接等领域需要2R1T三自由度执行机构，特别是在高刚度、大工作空间、良好驱动稳定性等场合需要引进冗余驱动来改善2R1T并联机构的性能，为此基于Grassmann线几何和图谱法提出了一种系统有效且简单实用的2R1T冗余驱动并联机构构型综合新方法。根据机构的运动模式确定动平台的自由度线图，然后根据对偶法则得到动平台约束线图，通过在动平台约束线图增加冗余线得到冗余约束线图及其等效线图，根据支链约束分配原则将其分为7种方案；采用图谱法基于约束方案构造相应支链，并根据支链选取和配置准则综合机构的初步构型，每种方案分别综合了12、67、96、0、12、48、16种新构型，共综合出251种新构型，其中包含了一些文献所提出的2R1T冗余驱动并联机构；通过图谱法对已综合机构进行瞬时性分析，发现方案1和方案2所综合机构具有瞬时性，提出将该类机构中的一对平行力约束共轴布置的改进方法可消除其瞬时性，通过瞬时性分析验证该综合方法的可行性和合理性。该方法同样适用于4、5、6自由度冗余驱动并联机构构型综合。

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多模式空间6R地面移动机构

刘超, 巢鑫迪, 姚燕安

机械工程学报. 2019, 55(23): 38-47. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.038

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提出一种新型空间单闭链F1C1（约束力F和约束力偶C）约束型6R（转动副）机构，并应用其研制一种地面移动机器人。基于单环运动链构型综合方法，构造出空间单闭链单自由度F1C1约束型6R机构，应用螺旋理论进行自由度和奇异位置分析，结合地面移动需求构造地面移动机器人，进行了杆件形状的设计，规划驱动电动机布局方案，完成运动学和移动机理分析，规划类蠕动、平面4R转向和内翻三种移动模式，分析越障性能，揭示其突出的折展特性。制作样机，验证了多模式空间6R地面移动机构方案和运动规划的可行性。

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基于焊枪与熔池耦合模型的焊工调控行为研究

张刚, 石玗, 樊丁, 张伟杰

机械工程学报. 2019, 55(23): 48-54. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.048

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模拟解析有经验高级焊工焊接行为并实现抽象焊接行为的程序化无疑是快速发展机器人智能化焊接的优选路径之一。而同步传感测量焊工焊枪姿态和熔池状态是实现焊接行为程序化的关键。针对现有焊枪姿态和熔池特征测量系统的独立性及焊工与熔池交互过程的同步耦合分析需求，建立了传感器-万向节-焊枪钨极尖端三坐标系间的数学转换模型和熔池与焊枪钨极尖端运动坐标的双向耦合模型。通过预设机器人焊枪姿态摆动试验验证了双向耦合模型的有效性和准确性。在时空同一坐标下对比分析了不同焊接水平焊工对熔池状态的调控行为和焊缝成形质量的控制能力。结果表明，利用熔池-焊枪双向耦合模型可以获得能够表征焊工操控焊枪空间运动的较准确姿态样本数据；经模型转换的焊工操控焊枪α、β角与机器人摆动预定值的误差均小于1.2°，γ角误差约为1.5°；未经实操培训焊工操控焊枪规范性差，调控熔池动态平衡表现出调节时刻和规律的高随机性，对熔池状态动态评估能力极其匮乏，无法保证焊接过程稳定和高的焊接质量；经长期实训焊工运枪动作规范、规律性强，对熔池状态动态评估能力丰富和强的交互意识，全焊接过程能够保持熔池形态的稳定和焊缝的全熔透。

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下肢外骨骼助力机器人关节驱动设计及试验分析

汪步云, 王月朋, 梁艺, 汪志红, 季景, 许德章

机械工程学报. 2019, 55(23): 55-66. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.055

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针对人体下肢关节特点与助行要求，设计了外骨骼机器人关节结构；通过ADAMS软件仿真，分析了外骨骼机器人水平助行过程中关节功率配置需求，根据关节需求设计了外骨骼电液伺服驱动系统；为满足外骨骼机器人对人体下肢关节助力及柔顺性要求，提出了基于关节误差估计的PID控制方法。详细介绍了外骨骼机器人下肢关节结构的运动形式与技术参数，优化配置了关节结构的运动范围与驱动行程，对该机器人进行了运动学分析并通过外骨骼的典型动作进行验证；划分了外骨骼助行过程中步态与关节驱动映射，给出误差估计与补偿PID控制的具体参数；分别从关节跟踪与助力功率的角度，量化分析、对比了基于关节误差估计与常规PID两种控制方法的助力指标参数。试验结果表明，所设计外骨骼关节与驱动系统可实现穿戴者助力行走；对比常规PID控制，抑制了关节驱动控制输出区间的不连续，改善了关节跟踪误差，提升了助力效果与柔顺性。

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基于伪刚体模型的腰部训练装置的运动学分析

李元, 訾斌, 孙智

机械工程学报. 2019, 55(23): 67-74. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.067

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考虑到康复运动过程中康复患者对康复机器人的作用，康复机器人的设计过程中将康复患者的康复部位作为其一部分进行设计和分析。将腰部考虑成柔性杆，并将其作为气动人工肌肉驱动的腰部训练装置的一部分进行分析。对腰部训练装置进行了结构介绍并分析了腰部在腰部训练装置中的作用，给出了腰部训练装置的运动学模型。对腰部训练装置进行了受力分析，结合腰部训练装置的功能对气动人工肌肉组件进行了设计和受力分析，使用伪刚体模型对腰部进行受力分析，得到了腰部脊柱与康复腰带结合点的受力结果，基于此对腰部训练装置整体进行受力分析，得到腰部训练装置中康复腰带与气动人工肌肉组件之间受力的关系。通过仿真验证了运动学分析和受力分析结果的正确性，并根据腰部训练装置的力学分析及仿真结果，进一步设计并搭建气动人工肌肉和柔索混合驱动并联腰部康复机器人试验平台。

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基于自运动的7-DOF机械臂逆运动学研究

杨志伟, 陈子明, 赵琛, 李艳文

机械工程学报. 2019, 55(23): 75-82. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.075

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针对一种7自由度典型机械臂构型的逆运动学问题，根据机构特点和自运动性质提出一种解析算法。首先对该冗余机械臂的自运动性质进行分析，其为平面四杆运动。采用冗余角对自运动进行描述，并分析机械臂末端位置和杆长对自运动的运动形式和冗余角变化范围的影响。然后基于自运动特性，将冗余角作为一个约束条件，结合位姿分离法，求出该机械臂的逆运动学解析算法。最后通过数值算例进行验证。该方法针对某一特定位姿求出所有的理论逆解。相对于传统的数值解法，该方法不存在理论误差，相邻位姿点相互独立，不存在误差积累。

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多模式两轮移动机器人的设计与运动分析

何妍颖, 李晔卓, 武建昫, 刘兴杰, 姚燕安

机械工程学报. 2019, 55(23): 83-92. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.083

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提出一种具有可变形车身的多模式两轮移动机器人。以平面6R单环闭链连杆机构为车身，通过控制其变形运动，使机器人具有折展模式和三种移动模式。在折展模式下，折叠状态时用于储运和携带，展开状态时启动工作模式。在两轮移动模式下，车身变形形成车尾支撑实现稳定移动，通过调整轮距和车尾长度以增强其地面适应性。在攀爬越障模式下，通过车身变形至类爪状以增强对障碍物的攀附作用，实现台阶越障。在类履滚动模式下，通过杆件在地面交替铺展支撑以增加与地面接触面，实现在不平整或松软路面上的滚动。对所设计构型进行自由度分析和驱动配置。建立运动学模型，分析机器人运动参数并对其进行步态规划。建立动力学仿真模型，验证预设步态合理性。研制一台样机，对其折展模式和三种移动模式进行可行性验证。

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基于含有冗余支链3-RPS/3-SPS并联机构的波浪能转换装置优化设计

赵裕明, 金振林

机械工程学报. 2019, 55(23): 93-102. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.093

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提出了一种含有冗余支链的3-RPS/3-SPS并联机构，基于该机构设计了一种新型的海浪发电装置。对波浪中发电装置的浮子进行运动学建模，得到耦合运动方程并采用切片理论方法确定了方程中的水动力系数。通过分析浮子能量采集效率与浮子尺寸的关系，确定浮子直径为6 m时波浪能采集效率较高。建立了3-RPS/3-SPS机构支链与末端的速度映射关系，通过对液压缸的受力分析，推导出液压缸等效黏性阻尼系数，进而建立了修正的浮子运动方程，该方法同样适用于其他采用并联机构的海浪发电装置。定义了波能装置的有效工作空间评价指标、全域运动学性能评价指标及输出功率指标，绘制了各项指标在结构参数上的分布情况，基于性能评价指标对波能装置进行多目标结构参数优选，确定了一组综合性能较优的几何参数。优选结果表明：波能装置中机构几何参数R=5 m，r=2 m时，工作空间体积、运动学性能及输出功率等性能均有不同程度提升。该研究为海浪发电装置的设计和应用提供了理论基础。

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盾构机部件机器人焊接工艺研究

申俊琦, 王志江, 胡绳荪, 杨辉, 吴定勇, 王厚, 李博

机械工程学报. 2019, 55(23): 103-108. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.103

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针对盾构机中关键部件的焊接加工特点与要求，建立了适应并满足不同部件焊接生产制造的机器人工作站；采用福尼斯TPS 500i焊接电源中的不同特性的PMC工艺开展了盾构机部件厚板多层多道焊接相关工艺研究。研究表明，Dynamic工艺适合于平焊与横焊位置打底焊接；Universal工艺适合于平焊位置填充与盖面焊接；PCS工艺适合于横焊位置填充与盖面焊接。由于Mix工艺的冷却时间较长，更利于熔融金属的冷却凝固，使用Mix工艺可以获得表面成形良好的立焊焊缝。对于盾构机典型关键部件的焊接制造，采用Dynamic+Universal工艺进行多层多道平焊，Dynamic+PCS工艺进行多层多道横焊，Mix工艺进行多层多道立焊后，焊缝成形良好，无未熔合及咬边等焊接缺陷。上述工艺组合可以用于盾构机部件的机器人自动化焊接中。

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高重合度摆线内齿轮副齿面接触强度研究

贵新成, 李红勋, 金晓辉, 赵重年, 李立顺, 侯伟锋

机械工程学报. 2019, 55(23): 109-119. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.109

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合理的齿轮强度计算是实现齿轮结构设计及优化、保证留有适当裕量的基础。高重合度摆线内齿轮副同时参与啮合的轮齿对数较多，齿根弯曲应力很小，所以只需考虑齿面接触强度问题。基于改进能量法和赫兹弹性理论，推导了理想条件下该齿轮副的时变啮合刚度、齿间载荷分配和齿面接触强度计算模型。鉴于共轭齿廓节点处曲率半径为零，研究了节点附近不参与啮合的齿廓修形区域优化问题，在此基础上，通过将齿轮加工中产生的各种误差及侧隙转化为理论齿廓公法线上的偏移量，分析了不同加工误差对承载特性的影响程度，并在ABAQUS中进行了加载接触有限元分析验证。结果表明，该齿轮副对加工误差（侧隙）非常敏感，即对精度要求很高，为齿面接触强度计算和误差控制提供了技术支持。

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振动子结构综合与修正方法研究综述

郑玲, 苏锦涛, 万鑫铭, 王菲

机械工程学报. 2019, 55(23): 120-135. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.120

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在大型复杂的结构设计过程中，子结构综合与修正方法由于其快速、动态、综合等特点越来越广泛地应用于现代结构设计之中，以完善子结构综合与修正方法知识参考、引起国内学者关注该技术研究为目的，阐述了振动子结构与系统之间的综合与修正方法。在子结构综合方法中，主要对比分析了模态缩减与综合、频域JETMUNDSEN、REN、机械阻抗导纳法综合法、频响函数奇异值分解降噪法、子系统转角自由度刚柔等效及转换方法的原理及应用，评述了上述方法的优点与不足，就尚未解决的问题作了进一步探讨；在子结构修正方法中，对比分析了多重参考基准修正法、目标函数动态修正法、参数型修正、神经网络型修正、灵敏度修正、频响函数修正等方法的应用，总结了模型修正方法中存在的一些问题。最后，提出了振动子结构综合及修正方法的研究趋势。

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基于IEWT和MCKD的滚动轴承故障诊断方法

李政, 张炜, 明安波, 李峥, 褚福磊

机械工程学报. 2019, 55(23): 136-146. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.136

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针对经验小波变换（Empirical wavelet transform，EWT）对强噪声环境中滚动轴承微弱故障诊断的不足，主要是傅里叶频谱分段不当的问题。提出一种基于最大相关峭度解卷积（Maximum correlated kurtosis deconvolution，MCKD）降噪与改进EWT相结合的滚动轴承早期故障识别方法。首先采用最大相关峭度解卷积算法以包络谱的相关峭度最大化为目标对原信号进行降噪处理、检测信号中的周期性冲击成分，然后根据信号Fourier频谱的包络极大值进行分段，通过分析各频段平方包络谱中明显的频率成分来诊断故障。新方法能有效降噪、增强信号中周期性冲击特征、降低单次偶然冲击的影响、抑制非冲击成分。通过对含外圈、内圈故障的滚动轴承进行试验分析，结果表明，相比于快速谱峭度图和小波包络分析方法，该方法提取出的特征更加明显，能有效实现滚动轴承早期微弱故障的识别。

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采用听觉传感策略的声品质主动控制

姜顺明, 王智锰

机械工程学报. 2019, 55(23): 147-153. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.147

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针对现有声品质主动控制多以心理声学参数为控制目标，声品质改善能力不足，提出一种基于听觉传感策略的声品质主动控制系统。为了使控制系统能够融入听觉非线性特性，建立了包括外/中耳模型和内耳模型的听觉传感模型，其中在基底膜建模时，考虑毛细胞对基底膜具有反馈运动调节作用，采用带宽时变的gammatone滤波器模型，该滤波器可模拟出听觉在频率和强度感知方面的非线性特性。然后，以听觉信号平方最小为控制目标，给出了基于听觉传感的主动控制系统结构，为了解决听觉传感环节的加入带来的算法计算量增加和收敛性变差问题，基于x滤波最小均方（Filtered-x least mean square，FLMS）算法，提出了延迟补偿结构与逆模型结构相结合的听觉控制算法。最后，以车速50km/h的汽车车内声为对象进行主动控制仿真，对控制前后的车内声进行了声品质客观与主观评价，并对评价结果进行比较与分析，主客观评价一致表明：与声压控制相比，听觉控制可以更好地改善听觉舒适性。

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柔性椭圆轴承故障频率分析与CMWT-FH特征提取

郭莹莹, 赵学智, 上官文斌, 李伟光

机械工程学报. 2019, 55(23): 154-161. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.154

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柔性椭圆轴承（Elliptically shaped baring，ESB）在工作中承受循环交变应力载荷，是谐波减速器中最易损坏的核心零件。根据ESB的运动学特性，推导其滚道表面发生局部缺陷故障时的特征频率公式。由于其故障特征容易被长短轴交替产生的振动激励信号所掩盖，提出连续Morlet小波变换（Continuous Morlet wavelet transform，CMWT）与基于FFT的Hilbert频谱分析（FFT based Hilbert，FH）结合的CMWT-FH故障特征提取方法。与普通FH方法的特征提取效果对比分析，CMWT-FH方法可以更容易、更准确地识别出ESB的故障特征频率及其边频带频率：外圈故障时，外圈故障特征频率及其高次倍频两侧存在间隔为二倍转频调制频率的边频带；内圈故障时，内圈故障特征频率及其高次倍频两侧存在间隔为转频调制频率的边频带。可结合故障特征频率及调制边频带来判断故障出现在外圈还是内圈。

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飞行环境非惯性系下行星齿轮传动系统耦合动力学建模及其动态特性

魏静, 史磊, 张爱强, 秦大同

机械工程学报. 2019, 55(23): 162-172. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.162

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传统针对行星齿轮传动系统动力学的研究，均是假设其支撑在静止基础上，但置于飞行器内部的行星齿轮传动系统是随机体一起做空间运动，除了受到重力作用外还受到牵连惯性力和科氏惯性力，以及陀螺力矩的作用，这些附加载荷均影响系统的动态特性。为研究空天环境非惯性系下行星齿轮传动系统动力学行为，考虑内部非惯性系与外部非惯性系的综合影响，推导了机体任意空间运动状态下中心构件和行星轮运动方程，建立空天环境非惯性系下行星齿轮传动系统耦合动力学模型，并基于机体盘旋运动状态，研究空天环境非惯性系下行星齿轮传动系统的运动变化规律及不同非惯性条件下各构件的动力学行为。研究结果表明：机体无空间运动时，行星轮受到行星轮系内部非惯性系的影响，其径向平衡位置发生较大偏移；机体处于空间运动状态时，各构件重力将在径向产生分力，重力径向分力和附加惯性力随外部非惯性条件变化而变化；不同非惯性条件对各构件运动轨迹、轴承力、加速度有显著影响，且对中心构件与行星轮表现出不同的影响规律。

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浮环轴向长度对高速轻载涡轮增压器转子系统振动特性影响研究

宾光富, 黄源, 钟新利, 杨峰

机械工程学报. 2019, 55(23): 173-181. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.173

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浮环轴承内外轴向长度结构参数会影响油膜压力分布与偏心率，产生显著分频振动而引发高速轻载涡轮增压器转子非线性振动故障。基于流体润滑理论和浮环力矩平衡方程，推导了含浮环轴承的涡轮增压器转子系统动力学方程，揭示浮环轴承轴向长度与转子系统振动响应之间的关系。以某型汽油机用涡轮增压器转子系统为例，分析浮环内、外轴向长度对轴承油膜压力、偏心率等动力特性的影响，构建转子系统动力学有限元模型，通过三维振动瀑布图研究不同浮环轴向长度下转子系统频域瞬态振动响应，结果表明：浮环内轴向长度从2.6增加到4.6 mm，导致浮环转速升高，最大内油膜压力减小，轴颈偏心率降低，分频幅值增加且出现分频的轴颈转速由142 kr/min降至76 kr/min，更易产生明显的非线性涡动现象；浮环外轴向长度从3.6增加到6.15 mm，使浮环转速降低，最大外油膜压力变小，浮环偏心率及轴颈相对浮环的偏心率减小，低转速下分频幅值减少且出现分频的轴颈转速由10 kr/min升至22 kr/min，可抑制转子系统过早发生非线性涡动，为浮环轴承结构参数设计与试验提供理论支撑。

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基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型的高温力学性能研究

王忠睿, 苗恺, 朱伟军, 李涤尘

机械工程学报. 2019, 55(23): 182-188. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.182

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机匣是航空发动机的重要承力构件，向大型化、整体化、匣体/管道一体化方向发展，对现有加工技术提出挑战。基于立体光固化3D打印的一体化石膏铸型制备方法，为机匣类轻质合金零件的精密铸造提供新思路。铸造用光固化树脂材料的烧失温度高、发气量大，这对石膏型材料的高温力学性能提出更高要求。因此，在确定石膏型力学性能的关键温度基础上，研究石膏型力学性能随温度的变化规律，探讨膏水比、填料比等对石膏型力学性能的影响机理，发展同化学组分晶须增强石膏型的方法。在此基础上，将石膏铸型500℃高温弯曲强度提高至2 MPa以上，并实现薄壁机匣样品（含有内径3 mm管路）的铸造。

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基于增强型完全离散法的球头铣刀五轴加工稳定域建模方法研究

代月帮, 李宏坤, 周强, 刘胜贤

机械工程学报. 2019, 55(23): 189-199. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.189

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基于坐标变换思想，精准高效地提取出球头铣刀五轴数控加工过程中与工件接触区域，利用增强型完全离散法获得铣削动力学方程的时序表达式，实现了效率和精度的共同兼顾，在单齿周期内球头铣刀视为圆弧切削的基础上，由刀刃与接触区域不同时刻的关系，确定出时域方程中所需要的瞬时切出角，借助于Floquet定理构建出了球头铣刀存在前倾角和侧倾角时的加工稳定域叶瓣图，并对其进行了有效性试验验证，试验结果与预测结果相符合，表明了该方法的正确性。

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车削粗糙表面的特征解耦与形貌仿真

安琪, 索双富, 林福严, 李永健, 时剑文

机械工程学报. 2019, 55(23): 200-209. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.200

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结合机床运动学与切削理论，对车削加工过程中表面形貌的影响因素进行了归类概括。基于复杂叠加信号解耦的思想，针对已加工成型的车削表面，采用频谱分析将形貌信号按照波长关系进行划分，得到加工因素对各波段信号幅值的影响规律。解决了直接分析多种加工因素耦合所引起考虑参数缺失与复杂信号分量叠加无法直接解耦的难题。针对相对精细的粗糙表面信号直接提取难度大的特点，按照加工表面粗糙度数值的大小，将粗糙表面划分为粗糙与精细两种类型。从幅值梯度较大，相对粗糙的加工表面形貌成分提取入手，得到各加工成分信息对实际形貌的影响规律。采用相应信号成分对各加工因素信号成分进行代替，实现粗糙表面形貌的提取与仿真。继而将分析得到的信号成分影响规律应用于相对精细粗糙表面信号的分析，最终实现从粗糙表面信号到精细表面信号成分的表征与解耦，为相对精细粗糙表面形貌的预测与仿真提供一种新的方法与思路。最后，结合表面信号特征提取的结果，实现了对车削粗糙表面形貌的仿真，为车削加工表面形貌的预测与车削粗糙表面接触分析提供了实用性的数字模型。

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长传动链摆头主轴高加速度启停控制策略研究

吕盾, 张天宇, 郑贝贝, 赛云祥, 赵万华

机械工程学报. 2019, 55(23): 210-215. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.210

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摆头主轴是高附加值关键功能部件，在航空结构件加工机床中大量采用。摆头主轴的传动链长，对伺服控制系统施加的高加速启停指令响应能力低，造成启停时间长，影响加工效率。在辨识某摆头主轴机械传动环节模态的基础上，建立了机械动力学模型和伺服控制模型，分析发现机械传动环节低频和高频模态限制伺服控制带宽的提高，进而限制了启停加速度的提高。针对低频和高频模态的限制，提出模态滤波器与双T网络陷波滤波器综合控制策略，将伺服控制带宽由12 Hz提高到110 Hz，启动加速度由10 r/s²提高到40 r/s²，启动加速时间由7.05 s下降至1.76 s。

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基于电场驱动熔融沉积直写和微转印大面积透明电极制造

许权, 兰红波, 赵佳伟, 杨昆, 朱晓阳

机械工程学报. 2019, 55(23): 216-225. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.216

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透明导电电极在触控屏、OLED、有机太阳能电池、电子纸、LCD、透明显示、透明电磁屏蔽等诸多光电子产品领域有着非常广泛的应用，然而，如何实现大面积银网格透明电极的低成本、批量化制造是学术界和产业界共同面临的一项挑战性难题和亟待突破的技术。结合电场驱动熔融沉积直写和液桥微转印技术，提出一种实现大面积透明电极低成本、批量化制造的新方法，通过试验揭示了主要工艺参数（打印床温度、功能材料表面张力、固化条件）对所制造透明电极分辨率和质量的影响及其规律，利用提出的方法并结合优化的工艺参数，实现了图案化面积20 mm×20 mm，线宽4 μm，周期200 μm，透光率88.15%、方阻约12 Ω/sq的纳米银网格透明电极的制造。结果表明，基于电场驱动熔融沉积直写和微转印的大面积透明电极制造方法具有成本低、精度高、一致性好、效率高的显著优势，为大面积透明电极规模化制造提供了一种具有工业化应用前景的全新解决方案。

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一种熔融沉积3D打印的高性能超材料吸波结构

郭建勇, 梁庆宣, 江子杰, 周文卿, 陈天宁, 李涤尘

机械工程学报. 2019, 55(23): 226-232. https://doi.org/10.3901/JME.2019.23.226

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高性能超材料吸波结构是近年学术界和工程界研究的热点，它通过单元结构的周期阵列排布形成吸波超材料结构，实现超材料的吸波层与自由空间的阻抗匹配，大幅提高对电磁波的吸收率，在隐形技术、通信天线及微波成像等军事和民用领域具有广阔的应用前景。基于超材料阻抗匹配原理，提出了熔融沉积3D打印技术制备超材料吸波结构的方法，实现了一种由聚乳酸（Polylactic acid，PLA）单元空腔和具有优异电磁特性的蒸馏水复合组成的超材料结构的精确设计与制造，获得了在8.2~30.0 GHz电磁波频带内具有90%以上吸波率的高性能超材料吸波结构。研究表明该超材料结构还具有良好的极化无关和宽角度吸波特性。所设计制造的超材料吸波结构具有性能强、厚度薄、质量小等诸多优异的特性，为推动高性能吸波结构的深入研究提供了一种新的思路。

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2019年, 第55卷, 第23期　
刊出日期：2019-12-05

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