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基于观测器的协作机器人碰撞检测方法研究

基于观测器的协作机器人碰撞检测方法研究

作者：肖航广州大学

学位级别：硕士

在人机协作场景中,需要机器人能够在复杂环境中配合人类高效完成工作。为保障人机协作时双方的安全,必须确保机器人能感知并适时作出反应来避免碰撞。依赖传感器的高灵敏度可以提高碰撞检测水平,但这会增加机器人生产与维护的成本,并使... 详细信息

在人机协作场景中,需要机器人能够在复杂环境中配合人类高效完成工作。为保障人机协作时双方的安全,必须确保机器人能感知并适时作出反应来避免碰撞。依赖传感器的高灵敏度可以提高碰撞检测水平,但这会增加机器人生产与维护的成本,并使得机器人的结构变得更为复杂。因此,本文将集中探讨不依赖传感器的机器人碰撞检测方法,研究涵盖机器人动力学模型建立、动力学模型完善和碰撞检测三个方面,具体研究内容如下:(1)协作机器人运动学和动力学建模。使用D-H方法建立机械臂的运动学方程,然后运用拉格朗日法对机器人动力学进行建模并进行了仿真。最后采用带偏置项的库伦与粘性摩擦模型完善机器人动力学模型。(2)最小参数集的辨识及神经网络摩擦补偿方法。首先,对(1)中建立的动力学模型进行线性化得到最小可辨识参数集,并通过考虑机器人的关节限位和位置参数约束进行优化,以获得满足要求且良好的激励轨迹;然后,将激励轨迹数据发送给机器人,同时采集机器人运动数据,并使用巴特沃斯低通滤波器与零相位数字滤波相结合的方式进行滤波处理,然后应用最小二乘法求解线性回归方程,完成参数辨识;最后,针对机器人关节摩擦力矩的复杂特性和关节运动的耦合关系,建立以六个关节的位置和速度为输入的BP神经网络,并通过训练使网络学习并拟合从关节运动数据到关节摩擦力矩的映射关系,以完成关节摩擦模型的补偿,进一步提高动力学模型的准确性。(3)对基于广义动量观测器(GMO)和扩张状态观测器(ESO)的碰撞检测算法进行了研究,并分别提出了滑模动量观测器和非线性扩张状态观测器两种观测器算法对GMO和ESO进行改进。首先,推导了基于广义动量观测器和扩张状态观测器的碰撞检测算法。针对传统广义动量观测器算法存在的抗噪性差、对模型依赖程度高等问题,提出了二阶滑模动量观测器算法。对于扩张状态观测器算法收敛速度慢、对模型依赖程度高的问题,提出了非线性扩张状态观测器算法;然后,在理论上证明了这两种算法能够在固定时间内将外力矩观测误差收敛到零,实现快速检测外部碰撞力矩。通过仿真验证了改进算法对外力矩的跟踪精度更高、跟踪速度更快;最后,将外力观测器应用于导纳控制,实现了机器人在位置控制模式下的拖动示教。(4)在KINOVA GEN3-LITE机器人实验平台上,实验验证机器人的动力学模型、碰撞力估计和基于观测器的拖动示教控制方法。首先,通过线性化模型得到机器人动力学参数,并通过实验对比了库仑粘性摩擦模型的动力学方程与神经网络补偿后的模型的精度,实验结果显示神经网络补偿力矩的方法具有更小的误差;在碰撞力估计实验中,验证了提出的两种观测器方法相较于原有观测器具有更好的抗噪效果和更快的收敛速度;最后,采用神经网络摩擦补偿后的动力学模型,以本文所设计的二阶滑模动量观测器为例,用以获取碰撞外力估计值,进行了机器人单关节拖动示教实验,验证了本文所提算法的可行性。

关键词：参数辨识碰撞检测神经网络广义动量观测器扩张状态观测器

光响应苯硼酸酯动态共价键调控的荧光响应行为研究

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光响应苯硼酸酯动态共价键调控的荧光响应行为研究

作者：肖航香湖南理工学院

学位级别：硕士

反硝化滤池脱氮效率主要影响因素及运行控制对策

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水处理技术 2024年

作者：肖航刘宏波南京溧水秦源环境科技发展有限公司江南大学环境与土木工程学院

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象，研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明，两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13～15d，稳定运行期间对TN均有较好的去除效果... 详细信息

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象，研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明，两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13～15d，稳定运行期间对TN均有较好的去除效果。充足的碳源是进行生物脱氮的必要条件，当碳源投加量为0.18 L/m3，脱氮效率达到峰值，继续增大碳源投加量会导致出水COD升高。停留时间是限制反硝化滤池极限脱氮的关键因素，停留时间延长意味着占地面积增大，而过短的停留时间则无法保证脱氮效果。溶解氧过高会抑制反硝化滤池脱氮效率，实际运行中应尽可能将反硝化滤池进水DO质量浓度控制在2.0 mg/L以下。

关键词：上向流下向流反硝化滤池影响因数控制对策

反硝化滤池脱氮效率主要影响因素及运行控制对策

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水处理技术 2024年第10期50卷 115-118,123页

作者：肖航刘宏波南京溧水秦源环境科技发展有限公司江苏南京211200 江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214000

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象,研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明,两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13~15d,稳定运行期间对TN均有较好的去除效果。充... 详细信息

以江苏某城镇污水处理厂上向流反硝化滤池和下向流反硝化深床滤池为对象,研究实际生产中制约反硝化滤池脱氮效率的瓶颈因素及控制策略。运行结果表明,两种池型反硝化滤池挂膜启动时间约13~15d,稳定运行期间对TN均有较好的去除效果。充足的碳源是进行生物脱氮的必要条件,当碳源投加量为0.18 L/m^(3),脱氮效率达到峰值,继续增大碳源投加量会导致出水COD升高。停留时间是限制反硝化滤池极限脱氮的关键因素,停留时间延长意味着占地面积增大,而过短的停留时间则无法保证脱氮效果。溶解氧过高会抑制反硝化滤池脱氮效率,实际运行中应尽可能将反硝化滤池进水DO质量浓度控制在2.0 mg/L以下。

关键词：上向流下向流反硝化滤池影响因数控制对策

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基于锥角控制的下风向风力机功率调节策略

东南大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 747-753页

作者：许波峰石腾李振肖航马远卓蔡新河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心南京211100 河海大学江苏省风电机组结构工程研究中心南京211100 河海大学苏州研究院苏州215100 中国船舶集团海装风电股份有限公司重庆401123

针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相... 详细信息

针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相关,叶根载荷与锥角余弦值的平方正相关;最后,形成了一套基于锥角控制的下风向风力机功率主/被动调节策略.研究结果表明:采用主动调节策略可在超额定风速运行时有效控制风轮输出功率,并可使叶根载荷极值降低14.2%;较控制前,采用被动调节策略可使得在超额定风速运行时,输出功率与额定功率的平均偏差减小20.84 W.两种调节策略皆可实现超额定风速运行时下风向风力机输出功率的有效控制.

关键词：下风向风力机气动性能风轮锥角功率调节风洞实验

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核酸等温扩增技术在病毒检测中的应用

高等学校化学学报 2024年第7期45卷 1-17页

作者：肖航王小燕邓兆佳廖文静谢文菁彭汉勇中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学杭州高等研究院环境学院杭州310024

病毒是引发人类疾病的主要病原体之一.传统的聚合酶链式反应(PCR)技术虽然被广泛应用于病毒分子诊断,但其对温度的要求较为严格,限制了其在现场诊断中的应用.为了满足现场快速诊断的需求,核酸等温扩增技术得到快速发展,其无需热循环,可... 详细信息

病毒是引发人类疾病的主要病原体之一.传统的聚合酶链式反应(PCR)技术虽然被广泛应用于病毒分子诊断,但其对温度的要求较为严格,限制了其在现场诊断中的应用.为了满足现场快速诊断的需求,核酸等温扩增技术得到快速发展,其无需热循环,可以在恒定温度下实现核酸扩增,可适应不同的应用场景.本文综合评述了等温扩增技术在病毒检测领域的最新进展,从病毒样本采集、核酸提取、等温扩增检测等几个方面分别进行阐述,探讨了酶辅助等温扩增技术、无酶等温扩增技术以及与多体系串联的级联扩增技术的原理、关键参数及其病毒检测应用,并对比了市场上相关试剂盒的特点.此外,讨论了当前核酸等温扩增技术在病原体检测应用中面临的一些难题,如提取效率、稳定性和成本等,提出了未来的发展方向,为进一步改善现场诊断效率提供了新的思路.

关键词：等温扩增技术 CRISPR检测核酸扩增环境病毒病毒提取

纳米Fe_(3)O_(4)改性环氧树脂涂料的制备、性能与应用研究进展

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中国塑料 2024年第6期38卷 132-138页

作者：杜蓉林潼肖航殷绿张进西南石油大学新能源与材料学院成都610500 中国科学院成都有机化学有限公司成都610041

首先概述改性前后的环氧树脂(EP)/纳米Fe_(3)O_(4)复合涂料的研究现状及纳米Fe3O4在环氧树脂中的分散处理方法,并对纳米Fe_(3)O_(4)改性环氧树脂复合涂料在力学、耐腐蚀、摩擦磨损及磁学性能等领域的现状进行了阐述。最后,对EP/纳米Fe_(... 详细信息

首先概述改性前后的环氧树脂(EP)/纳米Fe_(3)O_(4)复合涂料的研究现状及纳米Fe3O4在环氧树脂中的分散处理方法,并对纳米Fe_(3)O_(4)改性环氧树脂复合涂料在力学、耐腐蚀、摩擦磨损及磁学性能等领域的现状进行了阐述。最后,对EP/纳米Fe_(3)O_(4)复合涂料的进一步研究进行了展望。

关键词：环氧树脂纳米四氧化三铁制备工艺性能

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姜酮酚纳米乳液制备工艺优化及其稳定性研究

中国食品学报 2024年第2期24卷 120-129页

作者：刘梦梦郭时印肖航覃静萍范伟唐忠海湖南农业大学食品科学技术学院长沙410128 麻省大学阿莫斯特分校食品科学系美国阿莫斯特010033 湖南省菜籽油营养健康与深度开发工程技术研究中心长沙410128

采用超声法制备姜酮酚纳米乳液,选用两种乳化剂(吐温85或卵磷脂),以乳液粒径和多分散指数(PDI)为标准,以乳化剂用量、超声时间、超声功率和芯材质量分数为变量,设计三因素三水平的正交试验,对制备条件进行优化。结果表明:使用吐温85制... 详细信息

采用超声法制备姜酮酚纳米乳液,选用两种乳化剂(吐温85或卵磷脂),以乳液粒径和多分散指数(PDI)为标准,以乳化剂用量、超声时间、超声功率和芯材质量分数为变量,设计三因素三水平的正交试验,对制备条件进行优化。结果表明:使用吐温85制备乳液的最佳条件是:乳化剂用量为1%Tween 85、超声功率250 W、超声时间15 min、姜酮酚质量分数为0.1%。使用卵磷脂制备乳液的最佳条件是:乳化剂用量为1%卵磷脂、超声功率350 W、超声时间15 min、姜酮酚质量分数为0.2%。所制得的姜酮酚纳米乳液为水包油(O/W)型,经反复测量可知2种乳液粒径分别为(144.1±3.76)nm和(241.4±2.12)nm,姜酮酚的包封率分别为(96.5±2.51)%和(87.47±1.84)%,可以较好地将姜酮酚包封在其中。在4,25℃下贮藏35 d,结果姜酮酚纳米乳液在低温环境下贮藏稳定性较好。试验结果为脂溶性营养物的包埋保护提供一定技术参考。

关键词：姜酮酚菜籽油 O/W纳米乳液稳定性

抗战时期国共两党三民主义论战与新民主主义话语建构

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中国军转民 2024年第16期 95-97页

作者：肖航安徽师范大学马克思主义学院

抗战时期,国共两党出于维护自身政治利益的需要,对三民主义的话语权展开论战。蒋介石将三民主义与儒家思想、法西斯思想结合,以三民主义为理论武器打压中国共产党。以毛泽东为代表的中国共产党人,坚决维护经过孙中山重新阐释的三民主义... 详细信息

抗战时期,国共两党出于维护自身政治利益的需要,对三民主义的话语权展开论战。蒋介石将三民主义与儒家思想、法西斯思想结合,以三民主义为理论武器打压中国共产党。以毛泽东为代表的中国共产党人,坚决维护经过孙中山重新阐释的三民主义,并通过辨析“真假三民主义”“新旧三民主义”,有力地揭穿了蒋介石的虚伪行径,并以三民主义论战为契机,创生出“新民主主义”的革命话语,推动了马克思主义中国化的进程。

关键词：国民党共产党三民主义新民主主义