理论研究

• 基于DEM-FEM的圆管带式输送机曲线段托辊接触力研究

  贾海波;周利东;张玺;

  【目的】托辊作为圆管带式输送机的关键部件，其接触力大小直接决定托辊的使用寿命；而托辊间距的布置方式对输送机的稳定运行及传输效率同样至关重要。【方法】采用Abaqus软件对圆管带式输送机直线段与凸凹弧段进行离散单元法-有限单元法（Discrete Element Method-Finite Element Method, DEM-FEM）耦合仿真分析，得出不同线路上托辊接触力的分布情况，同时结合理论分析验证了模型的可行性；改变托辊间距，研究这一因素对曲线段上同一托辊组中各托辊接触力分布的影响规律，并与直线段进行对比，得出不同输送线路上托辊间距与直线段的布置差异。【结果】研究为实际工程中托辊选型及间距的调整和优化提供了有价值的参考和指导。

  2025年09期 v.49;No.345 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1816K]
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• 渗碳淬火圆柱直齿轮多轴应力接触疲劳风险预测模型研究

  李路可;邢勇香;颜世铛;王晓鹏;

  【目的】齿轮接触疲劳失效形成机制是工业界亟待解决的重要瓶颈问题，深度表征渗碳淬火圆柱直齿轮改性层强度梯度承载能力特性与啮合接触应力应变力学响应的关联机制，是有效预测齿轮接触疲劳失效的关键方法。【方法】基于渗碳淬火圆柱直齿轮改性层梯度承载效应，建立齿轮梯度承载接触疲劳风险预测耦合数学模型；利用矩形微元显式解析解和离散数值高效计算方法，进行弹性半平面接触应力分量数学方程奇异积分接触问题求解，开展特征参数对疲劳风险失效研究。【结果】研究表明，特征参数摩擦切向载荷增量引起的应力风险域由近表面向表面迁移，表明良好润滑下裂纹易在近表面形成并扩展为点蚀失效，而润滑不良易引起表面应力增大，形成表面裂纹并优先形成微点蚀；表面硬度增量可强化材料承载参数，提升齿轮接触承载能力；残余压应力梯度增量提升了沿深度的抗剪切能力，可减缓近表层由剪切应力作用引起的撕裂型裂纹萌生；法向载荷增量易加速齿轮接触疲劳失效。预测模型与实际齿轮运转等级加载试验所表现的点蚀和微点蚀裂纹萌生机制、失效寿命特征完全吻合。

  2025年09期 v.49;No.345 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2303K]
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• 形状可变机构综合及解域寻优方法

  钱卫香;靳智超;杨银烁;屈卓成;郭荣卓;

  【目的】为了有效地设计出形状可变机构并提高设计效率，对该类机构的综合设计方法进行了研究，提出一种适用于该类机构的解域寻优方法。【方法】首先，针对不同变形任务，确定了3种类型的刚体链；为了降低机构变形控制难度，对刚体链添加二副杆，得到单自由度形状可变机构；基于铰链二杆组运动生成理论，建立了形状可变机构解析综合模型。该模型理论上可以得到无穷多能够完成指定变形任务的机构。然后，对机构运动可行性进行了分析，提出形状可变机构缺陷识别方法并分析了该机构的传动性能。最后，结合解域寻优方法，在众多设计方案中快速筛选出满足设计要求的最优机构，缩短了该机构的设计周期。根据所提方法设计了一个变形机翼，对最优机构进行了运动仿真。【结果】仿真结果表明，该机构能够完成指定变形任务，验证了该方法的可行性和有效性。

  2025年09期 v.49;No.345 19-25页 [查看摘要][在线阅读][下载 1746K]
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• 混合动力商用车ECVT行星齿轮传动系统动态特性研究

  向东洋;陈勇;陈涛;吴朝阳;徐峥匀;张日锐;

  【目的】行星齿轮传动系统动力学特性研究虽已取得丰富成果，但现有研究多聚焦直齿结构，针对混合动力商用车电子控制无级变速器（Electronic Continuously Variable Transmission, ECVT）所用的斜齿行星齿轮系统的动力学研究仍存在理论缺口。为解决ECVT行星齿轮传动系统的振动问题，开展了深入研究。【方法】以发动机直驱模式为研究工况，综合考虑啮合相位差、时变啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素，构建了24自由度集中参数解析模型；运用龙格-库塔数值求解法获取了系统各构件在x、y、z方向的振动位移、动态啮合力等动态参数的时域响应，结合快速傅里叶变换分析了其频域特性。【结果】研究表明，在行星齿轮传动系统中，太阳轮轴向振动位移均值最为突出，其余构件振动特性呈规律性分布；系统内、外动态啮合力数值显著，反映出较高的齿面承载负荷。通过搭建ECVT台架试验平台，模拟实际工况采集振动信号，验证了理论分析模型的有效性与可靠性。研究成果可为混合动力商用车ECVT行星齿轮传动系统的结构优化设计、振动特性改善提供参考。

  2025年09期 v.49;No.345 26-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 3097K]
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设计计算

• 具有符号式位置正解且运动解耦的新型2T1R并联机构的拓扑设计与分析

  郭跃;李菊;沈惠平;

  【目的】两平移一转动（2T1R）并联机构因结构简单、成本低廉，展现出良好的工程应用潜力，但当前新型2T1R机构构型研发相对滞后，与1T2R机构的研究热度形成鲜明对比。为填补2T1R并联机构研究空白，基于方位特征（Position and Orientation Characteristic, POC）集理论，设计了一种纯低副构造的2T1R并联机构，以满足工程应用对机构性能的多样化需求。【方法】首先，运用拓扑分析方法系统地解析了机构拓扑结构，提炼关键拓扑特征；然后，基于拓扑特征构建了运动学模型，获得了机构符号式位置正、反解，并进一步求解了动平台速度与加速度；在此基础上，通过理论分析确定机构工作空间几何参数与奇异位形；借助动力学建模方法，求解了机构驱动力变化规律；最后，结合实际应用场景完成机构概念设计。【结果】研究表明，该纯低副2T1R并联机构不仅具备符号式位置正解特性，还可实现部分运动解耦，动力学性能优异。同时，其低成本、大操作空间的优势显著，为后续机构优化设计与工程化应用提供了参考与实践指导。

  2025年09期 v.49;No.345 38-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1753K]
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• 基于神经网络的小型谐波柔轮结构参数优化

  邵未龙;李鹭扬;叶雯莉;王奇山;

  【目的】目前关于小型谐波减速器参数合理化设置的研究较少，为了改善小型谐波柔轮的受力状态与传动性能，提出一种基于神经网络的参数优化方法。【方法】首先，建立了柔轮仿真模型并采用局部敏感度分析法筛选优化参数；然后，使用遗传算法优化了人工神经网络，建立了优化参数与柔轮应力和刚度之间的映射模型；最后，通过模型分析，得到了优化参数的全局敏感度，并揭示了优化参数与柔轮应力和刚度之间的关系。【结果】计算结果表明，基于神经网络全局敏感度分析的柔轮结构参数优化，可有效改善柔轮的应力集中现象，提高柔轮的刚度，增强谐波减速器的传动性能。

  2025年09期 v.49;No.345 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2008K]
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• 具有两种平移特性的2T1R并联机构的设计与分析

  蔡祥;高波;石志新;

  【目的】针对两平移一转动（2T1R）并联机构中实现曲线平移需要复杂算法曲线拟合的问题，设计了一种利用机构本身特性即可实现沿曲线平移的新型机构。【方法】首先，基于方位特征（Position and Orientation Characteristic, POC）集方程的并联机构设计理论，设计了一种具有符号式位置正解的2T1R并联机构，并对该机构进行方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑性能分析；其次，基于拓扑结构运动学建模原理，完成了该机构的符号式位置正解方程、符号式位置逆解方程的构建，并通过具体数值计算验证了机构的正逆解方程的正确性；最后，使用Matlab软件对该机构的弯曲平移及平直运动两种平移特性进行了验证。【结果】结果表明，所设计机构在工作空间内同时具有平直运动和弯曲平移的移动特性，极大地简化了在实现弯曲平移方面的复杂程度及控制算法的难度。

  2025年09期 v.49;No.345 55-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1577K]
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• 增距式抽油机换向装置结构设计及分析

  袁新梅;黄家炜;杨立昭;黄天成;周思柱;

  【目的】为解决增距式抽油机换向机构无急回特性且无法较好适应周期性负载的问题，设计了一种效率高、换向可靠的非圆齿轮曲柄滑块换向机构。【方法】对机构中的滑块进行推拉力计算及运动分析，确定了曲柄与从动非圆齿轮的最佳固连角度；采用动力学仿真方法，分析了曲柄与从动非圆齿轮的固连角度和偏心率对换向机构运动规律的影响；利用有限元仿真方法，对非圆齿轮的齿面进行了接触应力分析。【结果】分析结果表明，该换向机构上冲程运动平稳，下冲程时间较短，有助于提高抽油机的稳定性与采油效率；在非圆齿轮副单齿和双齿交替啮合的区域，接触应力会发生显著变化；非圆齿轮副的偏心率与齿宽对齿面接触应力分布影响较大，须加以限制。研究结果可为增距式抽油机的工作效率和可靠性提升提供一定参考。

  2025年09期 v.49;No.345 64-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 1679K]
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• 基于Sobol方法的无碳小车凸轮转向机构装置优化设计

  税国民;赵旺初;李策;江彬;王瑞青;

  【目的】无碳小车调试普遍需通过反复调整以减小轨迹偏差，效率较低。对小车进行误差分析能对路线偏差溯源，从误差来源优化小车，能将传统“试错调试”转向“数据驱动设计”，提高调试效率。【方法】采用Sobol方法对凸轮转向机构参数进行敏感性分析，基于分析结果优化了小车结构，调整了加工方法，提高了关键零部件的制造精度，并通过仿真与实物模型验证了优化的有效性。【结果】结果显示，优化后的小车打卡点数从最佳6个提升至稳定8～9个，实现了显著改进，为新能源车和无碳小车的性能优化提供了支持和工程实践参考。

  2025年09期 v.49;No.345 72-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1538K]
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试验分析

• 风电联轴器力矩限制器失效分析

  宋茳铠;汪韵朗;吕万;

  【目的】风电联轴器力矩限制器打滑失效会导致风电机组传动系统受损。以5 MW机组联轴器力矩限制器为对象，探究打滑失效关键原因，为提升可靠性及机组稳定性提供支撑。【方法】结合故障数据、现场拆解结果与标定测试数据开展多维度分析。计算端转矩，分析转速匹配性及转矩波动；拆解检测摩擦片磨损与结构缺陷；通过出厂标定测试研究转矩波动及标定方法影响。【结果】失效主因包括变流器信号不稳产生超额冲击转矩、两瓣式悬臂结构致摩擦片偏磨、标定方法导致转矩控制精度不足。优化后可有效解决打滑问题，延长使用寿命，提升运行可靠性。

  2025年09期 v.49;No.345 79-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1594K]
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• 高速圆柱斜齿轮副风阻功率损失分析与优化

  刘泽昊;康敏;费秀国;柳伟;

  【目的】为研究圆柱斜齿轮箱主动轮在1 500～2 500 r/min工况下无挡风罩以及主动轮在2 000 r/min工况下不同挡风罩参数的风阻功率损失，对箱体内速度和湍流动能云图进行了分析。【方法】基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法，建立了高速圆柱斜齿轮箱简化模型；选用RNG k-ε湍流模型，齿轮边界采用用户自定义函数（User-Defined Function, UDF）驱动控制齿轮副转速及旋向，并采用动网格模型动态地改变计算区域内的网格结构以模拟实际工况。【结果】结果表明，齿轮转速对风阻功率损失有较大影响；齿轮挡风罩可以有效减小高速圆柱斜齿轮风阻功率损失，且径向和轴向间隙越小，优化效果越明显；但对圆柱斜齿轮副来说，过小的间隙可能会使啮合部位流场运动加剧，从而增大风阻功率损失。该研究可为工程实际应用挡风罩的设计提供参考。

  2025年09期 v.49;No.345 85-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1887K]
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• 下肢康复外骨骼机器人运动学与动力学分析

  宁飞龙;李成栋;李亨;姜家豪;

  【目的】针对现有下肢康复外骨骼机器人适配性不足的问题，设计了一款多部位尺寸可调的外骨骼机器人，探究其运动学与动力学特性，为结构优化和电动机选型提供依据。【方法】基于人体下肢结构特征，采用D-H参数法建立运动学模型，通过拉格朗日方程构建动力学模型，结合Matlab与Adams软件分别进行理论计算与仿真验证，开展空载及带载仿真分析。【结果】机器人左、右两侧运动呈周期性变化且相差半个步态周期，符合人体行走规律；摆动相髋关节驱动转矩不超过60 N·m，膝关节不超过40 N·m，运动平稳，满足设计要求，为控制系统开发及实物研制提供了参考。

  2025年09期 v.49;No.345 93-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1822K]
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• 齿轮过盈配合下的塑性扩孔分析

  文超;顾剑锋;张红;李政民卿;黄波;

  【目的】机车传动系统中，齿轮-轴过盈配合在长期啮合冲击和残余应力松弛作用下易发生塑性扩孔，导致过盈量减小并引发安全隐患。因此，揭示齿轮过盈配合的塑性扩孔机制十分重要。【方法】针对齿轮的塑性扩孔现象，基于建立的轴孔过盈配合模型，计算了轴孔过盈配合时允许的过盈量；建立了塑性变形量随循环载荷变化的数学模型，分析了过盈配合下的轴孔受力对过盈量的影响规律，研究了残余应力对齿轮内孔应力分布的影响。在此基础上，设计试验件并开展了齿轮塑性扩孔试验。【结果】结果表明，过盈配合面受力最大，且齿轮和轴的受力随过盈量增大而增大；残余应力会使齿轮内部的应力在径向和轴向分布上出现明显变化；开展的原理性试验证明了轴孔过盈配合下发生塑性扩孔理论预测模型的准确性。

  2025年09期 v.49;No.345 102-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2156K]
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开发应用

• 基于球形蜗杆砂轮的内斜齿轮展成磨削加工方法

  蒋闯;尚永帅;韩正阳;王泽华;

  【目的】随着电动汽车产业对高精度内斜齿轮需求的爆发式增长，传统刮齿、珩齿及成形磨齿加工技术存在刀具磨损严重、齿面误差修正能力不足、加工效率低下等瓶颈，难以匹配电动汽车短生产周期与高性能传动的发展要求。为此，提出基于球形蜗杆砂轮展成磨削的内斜齿轮加工新方法。【方法】基于共轭曲面包络理论与空间啮合原理，系统构建了等效斜齿轮齿面、球形蜗杆砂轮齿面及内斜齿轮齿面间的映射关系；通过严密的数学推导，求解了球形蜗杆砂轮的型面方程与螺旋升角，实现了双齿面的精确数字化表征；借助Vericut软件开展仿真分析，量化了理论齿面与仿真齿面的偏差。【结果】研究证实，球形蜗杆砂轮展成磨削技术可有效实现内斜齿轮的高精度加工，为突破电动汽车核心传动部件的制造技术瓶颈提供了新的路径与参考。

  2025年09期 v.49;No.345 112-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1552K]
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• 基于深度卷积二元分解网络的齿轮箱故障诊断方法

  林慧斌;冼贤钊;何国林;

  【目的】针对齿轮箱故障诊断中谐波干扰掩盖局部故障特征的问题，提出一种基于深度卷积二元分解网络（Deep Convolutional Binary Decomposition Network, DCBDN）的齿轮箱谐波分离与冲击特征提取方法。【方法】首先，通过改进堆叠自编码网络的特征传递与输出模式，引入对谐波成分的分离约束，在网络特征传递过程中实现谐波分离与冲击故障特征提取；随后，针对所提网络提出一种基于故障机制模型的二元输出网络模型训练方法，利用故障机制模型构造仿真数据集，以效果补偿的方式对模型内的谐波特征提取器和冲击特征提取器进行参数动态链式更新，完成网络训练。【结果】仿真和试验分析结果表明，相较于现有的卷积自编码网络模型和快速谱峭度方法，所提方法能够有效分离出耦合在一起的谐波和故障冲击成分，具有更强的抗干扰性能和局部故障特征提取能力。

  2025年09期 v.49;No.345 119-127+135页 [查看摘要][在线阅读][下载 2142K]
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• 基于PSO-MCKD的弧齿锥齿轮声信号辅助检测方法

  李贤山;田宇;魏理林;赵晓锋;剡昌锋;

  【目的】针对弧齿锥齿轮传动精度的传统检测方法操作烦琐、主观性较强等问题，提出一种评判弧齿锥齿轮传动精度的声信号辅助检测方法。【方法】将齿轮滚动检查机与所开发的声信号采集系统结合，设计了检测弧齿锥齿轮齿面接触印痕质量的声信号实时采集试验；并结合粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法与最大相关峭度解卷积（Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution, MCKD）的信号处理方法，研究了不同轴向偏差对齿轮啮合声信号的影响。【结果】研究发现，轴向偏差增大会导致啮合频率及其倍频所对应的幅值上升，严重影响齿轮的传动精度。同时，利用实际算例验证了所提方法的可行性，为弧齿锥齿轮啮合性能的检测提供了有效的辅助手段。

  2025年09期 v.49;No.345 128-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1713K]
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• 烧结温度对MIM小模数齿轮精度的影响

  刘祚时;明澳阳;任继华;王笑一;钟志丞;朱敏峰;朱卫东;

  【目的】为提高小模数齿轮的精度，以420不锈钢粉末为原料，采用金属粉末注射成形（Metal powder Injection Molding, MIM）工艺，在1 330～1 360℃的烧结温度下制备小模数齿轮；以微观形貌最佳的注射坯为前提条件，研究烧结温度对小模数齿轮精度的影响。【方法】采用MLA650F场发射扫描电子显微镜观察齿轮注射坯的微观形貌，分别采用JE 20齿轮测量中心、Image J软件、洛氏硬度计测量了烧结后齿轮的精度、孔隙率、硬度。【结果】结果表明，在110 MPa注射压力下，当烧结温度从1 330℃升高至1 350℃时，齿轮表面的孔隙率降低48.28%，密度提升5%，硬度提升8.22%，收缩率持续增大，精度逐渐提高；当温度超过1 350℃后，孔隙率降低20%，密度降低0.26%，硬度降低0.51%，收缩率缓慢提高，齿轮精度逐渐下降；烧结温度为1 350℃时，齿轮的综合性能最佳，孔隙率为1.5%，密度为7.56 g/cm~3，硬度为39.5 HRC，收缩率为14.1%，精度等级最高，达到了标准GB/T 2363—1990的7级精度。

  2025年09期 v.49;No.345 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K]
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• 改进Teager能量包络和EWT的轴承故障声发射诊断方法

  李赟;于洋;杨平;

  【目的】针对滚动轴承早期故障声发射信号信噪比低、故障特征难提取的问题，提出一种改进Teager能量包络和经验小波变换（Empirical Wavelet Transform, EWT）的故障特征提取方法。【方法】该方法通过改进Teager能量包络处理，凸显轴承故障声发射信号的冲击特征；采用经验小波变换对改进Teager能量包络序列进行分解；通过经验小波峭度指标筛选分量并重构，进而对重构声发射信号进行包络分析。【结果】仿真与试验结果表明，该方法能够有效抑制噪声，增强故障弹性波，可准确提取轴承故障声发射信号的频率特征。

  2025年09期 v.49;No.345 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1798K]
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• 频带优选傅里叶分解方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

  黄斯琪;张信群;刘世杰;谭志银;何凯;

  【目的】傅里叶分解方法是一种能够根据信号频谱特征自适应确定模态分量的方法。然而，该方法在提取非平稳信号的模态分量时，容易产生大量无效窄带分量，不利于故障特征的精准识别。为解决这一问题，提出一种频带优选傅里叶分解方法（Frequency Band Optimization Fourier Decomposition Method, FBO-FDM）。【方法】首先，以傅里叶变换为基础，按照高频至低频的顺序对原始傅里叶谱进行扫描分割，获取初始分割边界；其次，提出一种频带重构策略，利用多尺度排列熵偏均值（Partial Mean of Multi-scale Permutation Entropy, PMMPE）对各分割边界内的频带信息进行量化处理，将PMMPE大于其均值的频带保留，去除无效窄带分量；最后，采用自适应多尺度形态学滤波对重构分量进行滤波处理，去除噪声及无关分量的影响。采用所提方法对滚动轴承仿真信号进行分析，并与傅里叶分解方法（Fourier Decomposition Method, FDM）、经验小波变换（Empirical Wavelet Transform, EWT）和变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）方法进行了对比。【结果】结果表明，所提方法能够更有效地识别出故障特征频率，并且具有更高的信噪比；同时，其对有色噪声也有较好的降噪效果。将所提方法应用于实测振动信号分析中，进一步验证了所提方法频带划分及故障诊断能力的优越性。

  2025年09期 v.49;No.345 151-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 2333K]
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综述

• 四足机器人跳跃功能的研究现状

  花聪聪;杨子赫;夏燕挺;颜建荣;高官健;罗福良;马文硕;李志杰;

  【意义】四足机器人的跳跃功能是实现机器人在复杂环境中的高机动性和适应性的重要能力。【分析】综述了四足机器人跳跃功能的研究现状，包括结构设计、控制模型设计和控制算法设计3个方面的最新进展。在基于跳跃功能的结构设计方面，通过优化四足机器人的骨架结构、关节设计和材料选择，来提高跳跃能力和稳定性。在基于跳跃功能的控制模型设计方面，提出多种动力学模型来描述四足机器人的跳跃行为，这些模型可用于预测和优化跳跃性能，并为后续控制算法设计奠定基础。准确的控制模型可以保证稳定和精确地控制，从而提高机器人跳跃性能和适应性。在基于跳跃功能的控制算法设计方面，传统的控制方法，如PID控制、模糊控制和自适应控制等，被广泛应用于跳跃功能的控制；此外，先进的控制方法，如强化学习、神经网络和遗传算法等，也被探索应用。这些方法能够提高跳跃性能、稳定性和适应性，使机器人能够在动态和复杂环境中实现高效跳跃。

  2025年09期 v.49;No.345 162-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 1819K]
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• 管道机器人研究综述

  查益程;陈炜峰;刘雪飞;蔡怀璇;粟冰;吉爱红;

  【意义】管道机器人是一种高效智能的设备，专门设计应用于管道内执行检测和清理等任务。这种技术的应用可显著减少管道人工作业的风险与成本，提高作业效率和安全性。【分析】深入分析了管道机器人在管道检测和清理领域的应用前景及其技术的发展动态。对管道机器人的研究现状进行了概述，从多个角度进行分类，包括管道机器人的运动方式、功能、应用领域。通过对管道机器人发展历程的梳理，进一步提炼出该领域的关键技术点，并针对技术难题和未来发展趋势提出见解，旨在为管道机器人技术的进一步研究和应用提供参考和指导。

  2025年09期 v.49;No.345 175-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 2487K]
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