便携式水果采摘器的设计研究
苹果采摘机器人设计与研究
苹果采摘机器人设计与研究苹果采摘机器人设计与研究概述：水果采摘一直是农业中较为繁琐且费时费力的任务之一，尤其是针对树果类水果，如苹果。
为了解决这一问题，科学家们设计了一种苹果采摘机器人，能够在无人作业的情况下完成苹果的采摘工作。
本文将介绍苹果采摘机器人的设计和研究进展，并讨论其在未来农业中的应用前景。
设计与结构：苹果采摘机器人基于机器视觉、机械臂技术和智能控制等技术原理。
其结构主要由机器臂、图像传感器、处理单元和执行器等组成。
机械臂是该机器人的核心部件，通过多关节的连接，模仿人类的手臂运动。
这使得机械臂能够在树冠内进行精确定位和抓取动作。
机械臂的设计要求同时具备轻巧和稳定的特点，以便在树冠内灵活操作。
图像传感器采用先进的机器视觉技术，能够感知和识别苹果的大小、颜色和成熟度等信息。
通过图像传感器，机器人能够准确定位并识别相应位置的苹果，从而进行采摘动作。
处理单元是机器人的大脑，具备强大的算法处理能力。
它能够接收和处理图像传感器采集的数据，并根据预设的算法和规则执行相应的动作。
处理单元的设计包含机器学习和深度学习等人工智能技术，能够根据不同的环境和条件进行自适应的判断和控制。
执行器是机械臂动作的驱动部件，它根据处理单元的指令实现机械臂的运动。
执行器通常通过电机和传动装置实现，可以提供精确的力和位置控制，以便在高度复杂的树冠环境下安全采摘苹果。
研究进展：苹果采摘机器人的研究已经取得了一些进展，但仍面临一些挑战。
一方面，机器视觉技术的发展，使得机器人更加准确地感知和识别苹果。
另一方面，机器学习和深度学习等人工智能技术的应用，使得机器人能够学习和不断改进其采摘能力。
然而，苹果采摘机器人面临的挑战也不少。
首先，复杂的果树环境对机器人的结构设计和运动控制提出了更高的要求。
机械臂需要足够轻巧和柔性，以适应不同形态的苹果树。
其次，苹果的外观和位置可能受到树叶、树枝和其他苹果的遮挡，在视觉感知和定位中存在困难。
此外，苹果的大小和成熟度不同，需要机器人具备辨识和采摘不同苹果的能力。
果蔬采摘机器人机械系统设计与关键技术研究的开题报告
果蔬采摘机器人机械系统设计与关键技术研究的开题报告一、研究背景随着国民生活水平的提高，人们对食品质量和健康日益关注，果蔬成为人们日常饮食中必不可少的一部分。
然而，传统的果蔬采摘方式存在着人力成本高、效率低且难以保证采摘质量等问题。
因此，发展一种适应现代农业生产需求的果蔬采摘机器人势在必行。
二、研究目的和意义本研究旨在设计一种能够自主采摘水果和蔬菜的机器人，并对相关技术进行深入研究。
研究成果可以实现果蔬采摘作业的自动化、智能化和信息化，提高采摘的效率、减少人力成本并保证采摘质量。
同时，该研究对于推动现代农业的可持续发展、实现农业生产的高效化与智能化具有重要的现实意义。
三、研究内容和方法1. 系统设计本研究采用机械、电气、控制等多学科综合设计方法，搭建果蔬采摘机器人机械系统。
涉及到机器人结构设计、选用关键元器件、机械系统动态分析等内容。
2. 传感器技术采用多种传感器对果蔬进行检测和定位，以实现机器人的自主操控。
包括图像处理技术、深度学习算法、惯性导航等。
3. 控制系统设计机器人运动轨迹控制算法和运动控制系统，保证机器人按照预定路径精准移动和执行采摘任务。
同时，实现机器人自我保护和避障能力，提高其安全性。
4. 智能化管理系统建立智能云平台，对机器人的运作进行远程监控管理。
通过大数据分析和机器学习技术，提高机器人采摘效率和准确性，并为农业生产提供更多的数据决策支持。
四、研究计划1. 第一年进行果蔬采摘机器人的机械结构设计和选型；开展机械系统动态分析和传感器技术的研究；确定机器人运动轨迹控制算法和控制系统设计方案。
2. 第二年开展机器人运动轨迹控制系统的实现和机器人自主避障算法的设计；研究智能化管理系统的设计和开发。
3. 第三年集成机器人的各项功能；实现机器人对各类果蔬的自主采摘；进行机器人的性能测试和系统优化。
五、预期成果1. 设计一种可实现水果和蔬菜自主采摘的机器人；2. 确定最佳机械和电气元器件的选型方案，并构建出一套完善的机械系统；3. 实现机器人的自主运动和采摘功能，提高采摘效率和准确率；4. 建立智能化管理系统，对机器人运作进行远程监控和管理，并为农业生产提供数据决策支持。
便携式电动水果采摘分级装置的设计
便携式电动水果采摘分级装置的设计作者：周丽琴来源：《农业科技与装备》2018年第02期摘要：针对当前我国水果采摘现状，研制一种便携式电动水果采摘分级装置。
介绍该装置的结构和工作过程，阐述各主要工作部分的详细设计。
该装置结构简单、操作简便、携带方便、安全可靠，可提高采收效率、降低劳动强度，适用于大部分果园。
关键词：水果采摘；水果分级；便携式；结构；设计中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）02-0015-03我国是世界第一大水果消费国，但我国果园生产的机械化水平还处于起步阶段，尤其是水果采收机械化程度低。
国内个体果农采收水果主要有以下方式：一是手持式剪切采摘器。
利用剪刀进行人工采摘，采摘的果实通过篓子收集，再通过分类孔一个一个进行人工分级。
二是基于剪刀的高处采摘。
由剪刀柄处的夹持装置夹好水果，利用伸缩式的剪刀剪切果柄，再把剪刀放下，取下水果。
三是手抓式摘果器。
通过模仿人手的采摘动作，抓住水果后旋转摘果器，使果实和果柄分离。
四是一些高校、科研机构设计研制的自动化机械采摘设备，如关节型苹果采摘机械、多功能果园作业机、红枣收获机等，但这些装置在价格、效率、使用便捷等方面都存在不足。
本课题研究设计一种水果采摘分级装置，可实现单人采摘、收集并同时分级，适用于苹果、柑桔等水果的高效率采收。
1 水果采摘分级装置总体设计从采摘、接果、分级、收集4个方面进行水果采摘分级装置的设计。
采摘部分是一个手持式电动切割机，结构轻巧、角度可调，使用时打开电源开关使锯片旋转，锯片外部设置有保护罩，保护罩前端阵列开设有若干缝隙，可以伸进密集的树枝中，从不同的方向轻松切断果柄。
水果落下进入接果装置，通过接果装置的S形缓冲落到收集及分级装置中，从一个逐渐开大角度的镂空V型导流槽按果径大小被逐个分级，符合相应尺寸的果子会从V型导流槽下方镂空处掉落，进入收集箱中。
果农从收集箱中拿出进行过分级的水果，不需要再进行人工分选。
便携自夹式草莓采摘装置设计
控，安全性好，便于操作，也可实现对一些贴近地面的水果和1 设计思路来源水果提高了人民的生活质量，成为更多人的日常选择。
研其它小型水果实施采摘，故其适用范围广，采摘效率高。
究发现，草莓中的有效成分可抑制癌肿的生长，维生素C能消除细胞间的松弛与紧张状态，坚固脑细胞结构，对脑和智力发育有重要影响，草莓汁具有美容防皱作用。
且富含丰富的维生素C、氨基酸、果糖、蔗糖、维生素B 、B 及矿物质钙、镁、磷、12铁等微量元，能有效促进儿童生长发育，且对老人、儿童大有裨益。
故草莓因其独特的营养价值和口感，深受大众的喜爱。
消费者对于草莓的需求量不断加大，带动了草莓种植面积的扩大，当前国内草莓种植面积约130万亩，草莓的产量高达1-活动手柄，2-固定手柄，3-连接杆，4-钢丝绳，5-弹簧，140万斤。
宽广的种植面积和巨大的产量，以及庞大的消费市场6-活动剪，7-固定剪，8-活动块，9-固定块，10-安装板。
背后，必定会对草莓采摘提出了更高的要求，因而草莓采摘成图1 草莓采摘器的结构2.2 主要结构材料选用为了研究的热点。
德国、日本等国家在机械设计与制造方面相控制装置：控制手柄采用采用塑料，质轻，易成型，成本对比较先进，在草莓采摘领域所采用的大多是自动化与智能化低；基于人机工程学原理，控制手柄握持部分采用若干段圆弧设备，此模式对于草莓种植规范化极高，自动化与智能化采摘连接，形状恰好与四指配合，方便操作者使用，提高舒适感，成本也较高。
而中小种植基地、地形复杂的地区大都依靠人工操作时得心应手。
徒手采摘，长期弯腰会造成腰肌劳损和腰椎盘突出等疾病，且连接杆：连接杆为空心不锈钢材质，降低整体质量，有效指头有可能受伤。
可见研发辅助人工采摘草莓的机械设备尤为防止潮湿环境下锈蚀，同时具有强度高、耐磨性好的特性，延迫切，研发和设计一款低成本、实用、易操作、无需弯腰的便长草莓采摘器的使用寿命。
为实现手柄控制剪切装置，连接杆携草莓采摘器来辅助工人进行草莓采摘具有重要的意义。
水果采摘机器人末端执行器的研究进展
2、路径规划：一旦确定了水果的位置，末端执行器将通过复杂的算法计算出 最佳的采摘路径。这些算法通常考虑多种因素，如机械手的灵活性、水果的位 置和形状等。
3、采摘水果：在规划好路径后，末端执行器将开始执行采摘操作。它可以使 用夹持器或剪刀等工具来抓住或切断水果的茎干。在采摘过程中，末端执行器 需要保证水果不受损伤，同时也要保证机械手的操作安全。
四、传送装置的研究
传送装置的主要功能是将采摘下的水果从机器人末端传送至收集容器。这一过 程需要考虑水果的形状、大小和易碎性等特点，以确保传送过程中不发生堵塞 或损伤。常见的传送装置有传送带、传送管和传送槽等。研究人员正在尝试将 这些装置进行优化设计，以提高传送的效率和精度。
五、未来研究方向
பைடு நூலகம்
尽管在末端执行器的设计方面已经取得了一些进展，但仍有许多问题需要进一 步研究和解决。例如，如何提高末端执行器的响应速度和精度？如何设计一种 既能高效采摘又能保护水果的末端执行器？此外，如何在保证采摘效率的同时 降低机器人的能耗也是一个重要的研究方向。
三、切割器的研究
切割器是末端执行器的另一个关键部分。它需要具备高精度的切割能力，同时 还要保证切割后的水果质量不受影响。目前，激光切割、水切割、机械切割等 切割方法都在研究中。这些方法各有优缺点，例如激光切割能够实现高精度切 割，但高温可能会对水果产生影响；水切割无热影响，但需要大量的水可能导 致水资源浪费。因此，选择适合的切割方法和材料是当前研究的重要方向。
一、末端执行器的设计
水果采摘机器人的末端执行器一般采用机械手或机器人手臂的设计。它通常由 多个关节组成，具有高度的灵活性和操作性。末端执行器可以通过感应器来感 知水果的位置和形状，并通过复杂的算法来确定最佳的采摘路径。
采摘机器人的研究进展与现状分析
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在传感器技术方面，采摘机器人需要使用多种传感器来获取作物的位置、颜色、 大小等信息。例如，机器视觉技术可以通过分析图像中的颜色和形状来确定目 标作物的位置，而深度传感器则可以获取作物的三维信息。这些传感器技术的 结合使得采摘机器人能够更加准确地识别和定位目标作物。
在人工智能方面，采摘机器人的智能化程度越来越高。通过机器学习算法的训 练，机器人可以学习如何识别作物并进行采摘。同时，机器人还可以根据环境 因素（如天气、光照等）的变化来调整自身的采摘策略，以适应不同的采摘环 境。
2、智能化程度的进一步提高：未来的采摘机器人将具备更加智能化的算法和 传感器技术，以便更好地适应各种不同的采摘环境和任务。例如，通过使用更 加先进的机器学习算法和计算机视觉技术，机器人将能够更加准确地识别和定 位目标作物，并自动调整自身的采摘策略以适应不同的环境因素。
3、移动性和灵活性的进一步提升：未来的采摘机器人将具备更加灵活的机械 臂和传感器系统，以便更好地适应各种不同的采摘任务。例如，通过使用可折 叠式的机械臂和传感器系统，机器人将能够在不同的采摘场景中自由切换姿态 和位置，从而提高采摘效率和质量。
2、遥控与远程监控技术
随着无线通信技术的发展，遥控与远程监控技术也被广泛应用于移动式采摘机 器人。操作者可以通过手机或电脑对机器人进行远程操控，实时获取机器人的 工作状态、位置信息以及故障预警等数据，实现对机器人高效管理和监控。
3、人工智能算法的优化与改进
针对采摘机器人视觉识别、路径规划等关键问题，人工智能算法不断得到优化 与改进。深度学习算法的应用已经从传统的卷积神经网络（CNN）扩展到强化 学习、迁移学习等多种领域，提高了机器人的自主性和适应能力。
四、结论
移动式采摘机器人的研究和发展为现代农业提供了强有力的支持。尽管现有的 研究已经取得了显著成果，但仍存在许多挑战和问题需要解决。未来研究应多 传感器融合与信息融合技术的进一步发展、算法的持续优化以及远程监控技术 的深入研究等方面，以提升采摘机器人的工作效率和智能化水平。随着科技的 不断进步和创新，相信移动式采摘机器人的应用和发展将会为现代农业带来更 加美好的未来。
半自动水果采摘器设计-毕业论文
半自动水果采摘器的设计【摘要】为了改善苹果的采摘环境，提高采摘效率、降低劳动力成本的投入。
本文以某丘陵地区的苹果为研究对象，通过调查了解果农在实际采摘过程遇到的问题和劳动力投入情况，以及分析苹果种植区域的地形复杂度。
设计一款便携、操作简单的新型水果采摘器。
该水果采摘器有效的提高了采摘效率，降低了果农过高采摘的风险。
【关键词】水果采摘器半自动旋转棘轮Ddesign of Semi-automatic fruit pickerAbstract In order to improve the apple harvesting environment, improve the harvesting efficiency and reduce labor costs. In this paper, apples in a hilly area were taken as the research object, and the problems encountered by fruit growers in the actual picking process and labor input were investigated, as well as the topographic complexity of apple growing areas was analyzed. A portable and simple fruit picker is designed. The fruit picker effectively improves the picking efficiency and reduces the risk of excessive picking by fruit growers.Keywords fruit picker Semi-automatic rotating guide wheel目录第一章绪论 (4)1.1前言 (4)1.2国内外采摘器研究状况 (4)1.2.1国内研究状况 (4)1.2.2国外研究状况 (4)1.3研究的主要内容 (5)1.4本章小结 (5)第二章水果采摘器设计方案的确定 (6)2.1水果采摘器的设计理念 (6)2.2水果采摘器的采摘方式和分离方式 (6)2.2.1采摘方式 (6)2.2.2分离方式 (6)2.3方案的确定 (6)2.4本章小结 (7)第三章采摘器的设计 (8)3.1采摘器的总体结构 (8)3.2采摘器的工作原理 (8)3.3主要部件设计 (8)3.3.1夹持机构设计 (8)3.3.2旋转结构设计 (9)3.3.3支撑杆长度确定及材料选择 (10)3.4其他零部件 (11)3.5采摘器材料选择 (11)3.5.1ABS介绍 (12)3.6市场前景分析 (12)3.7本章小结 (13)第四章总结与展望 (14)4.1结论 (14)4.2不足之处 (14)致谢 (15)参考文献 (16)第一章绪论1.1前言我国是世界最大的水果产出国，种植面积与水果稳居世界第一，但是某些水果的分布比较复杂，采摘比较困难，会耗费大量的人力、物力，这是一个追求效率的时代，所以一种高效的采摘方式是非常必要的，随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活品质的要求越来越高，人们更多的是时候享受一个过程，加之政府为增强地方经济，正大力投资地方旅游项目，各地区纷纷举办采摘节，比如说桃子节、苹果节，如果这时候可以提供一个非常便携轻巧的采摘器，不仅可以增添游客采摘过程的乐趣，而且避免了过高采摘的风险，既可以保证游客的安全还可以降低果实的损坏程度，同时也保证了果农果树的外在破坏，降低了果农对果树的后期养护成本，果农可以花更多的时间在保证果实质量上，为我们提供更多无公害的、纯自然生长的优质水果，本文主要针对以上两个问题点进行水果采摘器的优化设计，在保证果实完整的情况下，提高采摘效率，降低过高采摘的风险，为市场提供一种便携方便的新型人工辅助机械采摘装置。
水果采摘装置设计说明
水果采摘装置设计0文献综述0.1水果采摘实现机械化的必然趋势在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节。
水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50%~70%。
采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。
水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作。
但是由于采摘作业环境和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度仍然很低，目前国水果的采摘作业基本上还是手工完成。
在很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，劳动力不仅成本高，而且还越来越不容易得到，而人工收获水果所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例竟高达33%~50%。
高枝水果的采摘还带有一定的危险性。
因此实现水果收获的的机械化变得越来越迫切，发展机械化的收获技术，研究开发水果采摘机器人具有重要的意义。
研究和开发果蔬收获的智能机器人技术对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质，以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要的意义。
采摘机器人是未来智能农业机械化的发展方向，具有广阔的应用前景。
2004年11月1日颁布施行的《中华人民国农业机械化促进法》还明确规定国家采取措施鼓励，扶持农业机械化的发展，机械采摘取代手工作业是必然的发展趋势。
0.2国外水果机械化采摘装置研究进展及现状水果的机械化收获技术已有40余年的研究历史。
收获作业的自动化和机器人的研究始于20世纪60年代的美国，1968年美国学者Schertz和Brown首次提出应用机器人技术进行果蔬的收获，当时开发的收获机器人样机几乎都需要有人的参与，因此只能算是半自动化的收获机械。
采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获。
从20世纪80年代中期开始，随着电子技术和计算机技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的日益成熟，以日本为代表的西方发达国家，包括美国、英国、法国、荷兰、以色列、西班牙等国家，都在水果采摘机器人方面做了大量的研究工作，涉及到的研究对象主要包括甜橙、苹果、樱桃、甜瓜、葡萄、草莓等，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人。
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便携式水果采摘器的设计研究
管红光;谢进;刘笑;姜修坤
【摘 要】本项目以带柄类水果采摘为研究对象,在对目前类似机器的调查研究中,大
多数都存在体型大、结构复杂、不方便携带、造价昂贵、成本高等问题.针对这些
问题,我们设计研究出了一款便携的、采摘灵活的水果采摘机.此机器主要由采摘工
作部分、控制部分以及其他结构部件组成.当电机工作起来时便会带动可移动拖碗,
让拖碗合拢,让刀片对果柄进行切割,最终完成采摘.此机器不仅工作效率高,且成本低、
实用,并且也可用于其它果品的采摘.
【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2019(000)012
【总页数】2页(P30-31)
【关键词】水果采摘;便携;灵活高效
【作 者】管红光;谢进;刘笑;姜修坤
【作者单位】塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学机
械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉
尔843300;塔里木大学机械电气化工程学院,新疆阿拉尔843300
【正文语种】中 文
【中图分类】S225
0 引言
水果采摘器的研究始于上世纪70年代末，国内外专家通过近三十年的研究发表了
大量的研究论文和报告，同时也相应的开发了各种原型机。由于国内机械化采收存
在着效率不高、 容易损伤果实及产量损失大等问题。并且在水果产业中，并没有
针对水果采摘的机器出现，因此有必要研究一款专用于水果的采摘机。
采摘作业质量直接影响水果的储存、加工和销售，从而最终影响到水果的存储、
加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。但由于国内水果的采摘作业环境
和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度依然很低，目前国内的水果采摘作业基本
上还是手工完成，并且高枝水果的采摘还带有一定的危险性，因此机械正在逐渐代
替人们原始的劳动工具和原始的劳动方法，而且现代农业正呈现着前所未有的发展
潜力，因此应应用所学的知识去分析、解决该类问题。
1 整机结构与工作原理
1.1 整机结构
该便携式水果采摘器主要由伸缩杆、步进电机、活动滑块、 可移动杆、 可移动拖
碗、 以及刀片等部件组成。在需要采摘水果时，步进电机带动丝杠使可移动杆运
动，带动拖碗合拢，刀片对果柄进行切割。
1.2 工作原理
水果如何夹持是一个很重要的问题，如果夹的太松，在采摘水果的时候就会不顺利；
如果夹的太紧就会使果肉损伤。我们用两个托碗来夹持固定水果以便于采摘。同时
我们在托碗中放置了柔性海绵，不仅可以避免碰伤水果，同时也可以增大摩擦力使
水果被夹持得更稳。
图1 整机结构图1.固定拖碗 2.固定杆 3.导轨 4.步进电机 5.伸缩杆 6.电源及电路盒
7.活动滑块 8.丝杠 9.可移动杆 10.可移动拖碗
图2 采摘部件图1.可移动拖碗 2.柔性海绵 3.固定拖碗
2 关键部件的设计
2.1 采摘（断柄）装置的设计
安装在可移动托碗顶部的刀刃和刀槽在步进电机动力的带动下进行合拢将果柄切断，
水果的果柄被切断后，水果就留在拖碗中。托碗横向移动的速度在0.03m/s 左右，
这样在采摘水果的过程中可以对要切割的果柄位置进行小范围调整。
图3 采摘断柄装置1.刀刃 2.刀槽
2.2 传动装置的设计
整个装置当需要采摘水果时，由步进电机提供动力。步进电机带动丝杠进行旋转，
从而使得可移动杆在导轨上左右移动。来拖动拖碗的开合，对果柄进行切割。
3 采摘力的确定
假设水果的直径为φ，夹紧块的反作用力为f2，摩擦力为f，摩擦因数为μ，水果
重力为G。
由平衡条件得
式中f2——果实对夹持块的反作用力。
夹紧机构与水果相接触的那一侧可以贴上一层海绵，海绵与水果的摩擦因数μ 取
0.5，
则
取G=1.47N，则F2=0.8N，即F2≥0.8N 当则能保证水果不会掉下。实验表明对
水果直径方向压缩2 mm所需的力大于0.8 N，因此水果直径方向变化2 mm而
不会损伤其果肉，则可以采用限定这个压缩量用于采摘。
4 总结
水果是我们健康的保护伞，我们在挑选水果时一定会挑选不磕不碰的新鲜水果，该
水果采摘机正是契合了这两点，既能保护果子在采摘时不受磕碰，又能不损伤果树。
此机器不仅仅可以用于香梨、苹果的采摘，还可应用于其他与水果同体积外形的水
果，使用范围还是比较广的，因此市场前景较为可观。
图4 传动装置图1.导轨 2.步进电机 3.丝杠
【参考文献】
【相关文献】
［1］便携电动式水果采摘机设计[N].中国农机化学报，2015-1.
［2］便携电动式水果采摘机设计[J].南方农业，2017，9.
［3］农业机械化对区域农业的影响 [J].贵州农业科学，2012，4.
［4］水果采收机械的现状与发展[J].广东农业科学，2012，3.
［5］小型可升降苹果采摘机的设计[J].农机化研究，2013，3.
［6］果蔬采摘机器人研究进展与展望[N].农业机械学报，2006.