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少支链平面并联分拣机器人性能分析与优化设计

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少支链平面并联分拣机器人性能分析与优化设计

作者：武树林重庆理工大学

学位级别：硕士

并联机器人拥有的结构紧凑、累积误差小、响应速度快等优势,使其在工业自动化生产中扮演着重要的角色,尤其是在快速分拣行业。但是传统并联机器人由于多运动支链的封闭结构,导致其工作空间受限、奇异性复杂。针对上述问题,本文提出了一... 详细信息

并联机器人拥有的结构紧凑、累积误差小、响应速度快等优势,使其在工业自动化生产中扮演着重要的角色,尤其是在快速分拣行业。但是传统并联机器人由于多运动支链的封闭结构,导致其工作空间受限、奇异性复杂。针对上述问题,本文提出了一种少支链多自由度平面并联机构,该机构能够通过两条运动支链完成平面内的三自由度运动(2个平移运动和1个转动运动)。并对该机构的工作空间、奇异性、灵巧度、静刚度等方面进行研究,具体内容如下:(1)提出了一种平面2-RRR并联机构,构建了该机构的运动学模型。利用封闭矢量法并结合几何约束条件,建立该机构的位置逆解模型、位置正解模型以及速度雅可比矩阵模型。结合Adams虚拟仿真软件和Matlab数值计算软件,对机构的运动学模型进行验证。(2)基于机构的位置逆解模型,利用数值离散法对机构的定姿态工作空间、可达工作空间和转动工作空间进行求解,并与两类传统平面并联机构的定姿态空间和可达工作展开对比分析。根据速度雅可比矩阵的行列式,分析该机构的三类奇异位形。将速度雅可比矩阵进行去量纲化处理,以此为基础定义机构的灵巧度指标和刚度性能指标并进行实例分析。(3)引入机构的工作空间性能指标、全局灵巧度性能指标和全局刚度性能指标作为机构的目标函数,以杆件之间的干涉和转角限制为约束条件,采用NSGA-II算法对机构的几何尺寸参数开展多目标优化设计,得到机构优化后的Pareto最前沿,并对优化前后的性能指标进行对比分析。(4)在上述工作的基础上,以所提出的并联机构为主体,完成了一种3T1R(3个平移运动和1个转动运动)分拣机器人实验样机的机械结构和电气系统的设计与搭建。并对样机的工作空间、平移能力、转动能力、分拣能力以及静刚度性能进行验证实验。

关键词：分拣机器人工作空间分析奇异性分析性能分析优化设计

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基于双面平行带线的全空间扫描漏波天线

电子与信息学报 2024年第2期46卷 705-712页

作者：王亨辉孙胜刘能武刘元安电子科技大学电子科学与工程学院成都611731 西安电子科技大学电子工程学院西安710071 北京邮电大学电子工程学院北京100876

为了实现从后向端射到前向端射的连续波束扫描天线,该文基于双面平行带线结构提出了一种具有全空间扫描能力的漏波天线。天线单元由双面平行带线传输线和一对反向加载的开路枝节组成,两个开路枝节分别位于传输线的上导带和下导带。加载... 详细信息

为了实现从后向端射到前向端射的连续波束扫描天线,该文基于双面平行带线结构提出了一种具有全空间扫描能力的漏波天线。天线单元由双面平行带线传输线和一对反向加载的开路枝节组成,两个开路枝节分别位于传输线的上导带和下导带。加载的反向开路枝节等效为一个偶极子,使得天线单元具有全向辐射性能,作为整个全空间扫描漏波天线的基础单元。为了抑制周期漏波天线中的开阻带问题,又在天线基础单元上加载了一对平衡槽以实现频率平衡条件,还加载了一对匹配槽以匹配周期结构的阻抗。最后实现了一款天线原型,经仿真与实验验证,该天线能够在7.6 GHz到14.0 GHz的频率范围内,实现从后向端射,经侧向辐射,然后到前向端射的全空间扫描能力。

关键词：漏波天线全空间波束扫描 Bloch阻抗开阻带抑制双面平行带线

数字经济发展对产业结构转型升级的影响--基于需求端视角

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当代经济科学 2024年第1期46卷 104-116页

作者：刘国武李君华广州大学经济与统计学院广东广州510006

结合当前大力发展数字经济的背景,从供给和需求两个方面构建数字经济发展促进产业结构转型升级的理论框架,分析市场需求效应、城镇化效应等需求端的作用。以中国2013—2021年省级面板数据测算数字经济发展综合指数,探究数字经济发展对... 详细信息

结合当前大力发展数字经济的背景,从供给和需求两个方面构建数字经济发展促进产业结构转型升级的理论框架,分析市场需求效应、城镇化效应等需求端的作用。以中国2013—2021年省级面板数据测算数字经济发展综合指数,探究数字经济发展对产业结构转型升级的影响并检验需求端的作用机制。研究结果表明:(1)数字经济发展显著促进了产业间、产业内的结构转型升级,选取1987年各省份邮政营业网点数的历史数据作为工具变量处理内生性问题后,基本结论不变;(2)数字经济发展在需求端主要通过人均收入效应、市场化程度效应和城镇化效应三种机制促进产业结构转型升级;(3)数字经济发展对产业结构转型升级的影响存在显著的行业间和区域经济发展程度的异质性。因此,应充分发挥区域之间的比较优势,继续加大新型基础设施和通信技术的投资力度,实施动态化、差异化的数字经济发展战略。

关键词：数字经济产业结构转型人均收入市场化程度城镇化

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基于复混沌的图像加密算法研究

基于复混沌的图像加密算法研究

作者：武金波齐鲁工业大学

学位级别：硕士

混沌是一种看似随机但实际上有确定性规律的动态系统,对初始条件极其敏感。复混沌系统是混沌在复数域空间中的动力系统,展现出更为丰富和深奥的动力学行为。这些特点给其赋予了更强的表征能力和信息容量。复数域的运算比实数域更加复杂... 详细信息

混沌是一种看似随机但实际上有确定性规律的动态系统,对初始条件极其敏感。复混沌系统是混沌在复数域空间中的动力系统,展现出更为丰富和深奥的动力学行为。这些特点给其赋予了更强的表征能力和信息容量。复数域的运算比实数域更加复杂,具有比实混沌系统更强的不可预测性和随机性,将复混沌系统作为随机序列的发生器可以生成高质量的伪随机序列,其随机性和不可预测的动力学特性使加密算法更难破译;而且复混沌增加了传输信息的内容和保密效果;实混沌是复混沌虚部为零的一种特殊情况。上述特性一致决定了复混沌能够提升保密效果。对图像进行加密能够确保各种隐私信息在传输过程中不被篡改和伪造。因此,本文结合复混沌系统的保密优势,展开了基于复混沌系统的图像加密算法研究。本文的主要研究内容和创新点如下:(1)基于二维滞后复logistic混沌系统和周易的图像加密算法本文结合传统分组密码算法,基于二维滞后复logistic混沌系统(2D-lag complex Logistic map,2D-LCLM)和周易提出了一种新的图像加密算法。首先利用频率测试、平衡性分析、初值敏感性分析等方法对2D-LCLM的加密性能进行了测试,获得了良好的密码性能;接着,结合周易综卦和错卦等卦象以及它们之间的转换方法,提出了新的加密规则(Zhou Yi Rule,ZYR)和置乱方法(Zhou Yi Permutation,ZYP);然后,利用ZYP对图像进行一次置乱,利用2DLCLM生成的伪随机序列构造位置序列和所需的整数序列,使用整数序列和Zigzag构建S盒,用ZYR计算新的轮秘钥,以类Feistel密码结构为主体设计了加密算法;最后,以海上风电运维图像进行仿真实验,结果表明所提出的算法能够保障海上风电图像的安全,并通过对比实验验证ZYR和ZYP对图像加密算法的性能提升。(2)基于人工图像和2D-LCLM的图像加密算法在一些实时性要求较高或需要对大规模数据进行加密的场景中,迭代多次的加密方案存在计算复杂度和运行时间大幅增加的缺陷。针对这一问题,本文提出了一个人工图像的构造方法,并结合2D-LCLM设计了一个图像加密算法。该算法避免了以往迭代多次的加密方式,只需进行一次DNA编码运算后就能够得到加密图像。首先,利用2D-LCLM计算得到数值在0-255之内的整数序列,将该序列设计成人工图像;接着,将人工图像和待加密图像进行DNA编码,对编码后的图像进行混淆工作;然后,将两个图像进行DNA编码运算得到密文图像。最后,对算法进行仿真和安全性测试,验证了其具有良好的加密性能,并且加密时间大幅减少。(3)一种正余弦混沌系统及其图像加密算法正余弦函数具有良好的非线性特征,周期有界,破坏其周期性后容易产生混沌现象。基于上述思路,考虑到正余弦函数在物理容易硬件实现的特性,本文提出了一类正余弦混沌系统(Sine-Cosine Chaotic System,SCCS)。该混沌系统可以通过调整参数控制混沌的范围,通过调整变量的个数来控制系统的维度,并具有良好的密码学特性。首先,本文以二维系统为例,利用分叉图,李雅普诺指数等指标分析了SCCS的动力学特性;接着,基于SCCS设计了一个图像加密算法,通过不同的SCCS计算得到不同的伪随机序列对图像的三个信道分别进行加密;最后,仿真实验验证算法具有较好的加密性能。综上所述,本文围绕复混沌系统构建了三种图像加密算法,基于2D-LCLM和周易的图像加密算法、基于人工图像和2D-LCLM的图像加密算法和一种正余弦混沌系统及其图像加密算法,为基于复混沌系统的图像加密算法研究提供了新的思路。

关键词：图像加密复混沌系统周易 DNA

多GPU环境下深度神经网络混合模型性能优化研究

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多GPU环境下深度神经网络混合模型性能优化研究

作者：陈功武北方工业大学

学位级别：硕士

随着深度学习在时间序列预测等领域的广泛应用,高效处理海量历史数据来准确找到数据间的联系变得非常关键。然而,目前的神经网络模型,例如RNN、LSTM、Transformer等,虽然能够捕获数据中时间或空间特征之间的关系,但要想捕获更复杂的特... 详细信息

随着深度学习在时间序列预测等领域的广泛应用,高效处理海量历史数据来准确找到数据间的联系变得非常关键。然而,目前的神经网络模型,例如RNN、LSTM、Transformer等,虽然能够捕获数据中时间或空间特征之间的关系,但要想捕获更复杂的特征关系,就需要增加网络深度,这会导致大量的向量和矩阵运算。同时,未来模型将趋向于更大规模的深度网络,传统处理器或单一图形处理器结构局限性,无法高效适应深度学习计算特性,从而导致运算效率低,内存吞吐量瓶颈等问题。因此,研究者们逐渐倾向于在多GPU环境下进行并行计算,以训练更大、更深的神经网络模型。针对这些问题,本文对多GPU环境下深度神经网络混合模型如何实现更快更精准的时间序列预测进行了研究。在深入分析经典神经网络模型特点和多GPU环境下的计算方式后,本文提出了一种适应多GPU环境下的混合神经网络模型(ST＿GCIN)用于时间序列数据的预测任务。将该模型设计为由GCN和Informer构成的双分支网络结构,能够有效捕捉不同节点之间的拓扑关系,同时也可以捕获多尺度时间特征和复杂序列关系。为了应对不同类型的输入数据和高效完成预测任务,本文设计了多输入模块和数据交互模块。除此之外,本文还在原始的Informer编码器的基础上提出了一种性能更好的并行编码器设计方法,使得每个编码器可以学习到不同时间尺度上的信息从而更好地捕获序列中长期依赖的关系。最后,本文创新地将概率稀疏注意力机制与Uni Drop技术结合,以优化传统的注意力机制。实验结果表明,本文提出的模型架构和编码器设计方法在训练速度和预测准确度方面优于传统模型。

关键词：时间序列预测多GPU环境混合神经网络并行编码器注意力机制

CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁长期变形研究

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铁道工程学报 2024年第3期41卷 29-37页

作者：郑志辉刘磊刘鹏余志武浙大宁波理工学院宁波315100 伊犁师范大学伊宁835000 中南大学长沙410075

研究目的:以CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁体系(梁-轨体系)为研究对象,开展混凝土收缩徐变作用下梁-轨体系的长期变形研究,分析底座板、自密实混凝土及扣件长期受力特点。研究结论:(1)相较于单独箱梁(将无砟轨道转化为均布荷载作用),梁... 详细信息

研究目的:以CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁体系(梁-轨体系)为研究对象,开展混凝土收缩徐变作用下梁-轨体系的长期变形研究,分析底座板、自密实混凝土及扣件长期受力特点。研究结论:(1)相较于单独箱梁(将无砟轨道转化为均布荷载作用),梁-轨体系下箱梁徐变上拱反而有所增大;(2)箱梁长期变形导致无砟轨道上拱,引起钢轨与轨道板、底座板与自密实混凝土部分区域产生竖向变形差,进而导致底座板和自密实混凝土脱空;(3)底座板和自密实混凝土的纵向拉应力、扣件竖向附加力均较小,但梁端处部分扣件纵向力达到极限值;(4)小阻力扣件能够有效削弱梁轨相互作用,减小箱梁长期变形引起的无砟轨道纵向应力和扣件竖向力;(5)本文研究成果揭示了梁-轨体系长期变形协同工作机理,可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构运营期间的维养提供一定的理论依据。

关键词：箱梁无砟轨道收缩徐变长期变形纵向应力

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基于深度学习的移动机器人目标检测方法研究

基于深度学习的移动机器人目标检测方法研究

作者：武奥运长春工业大学

学位级别：硕士

随着移动机器人技术在各个领域的应用潜力不断显现,特别在环境感知和目标检测方面,其中视觉感知作为移动机器人的核心功能之一,对于轻量、高效的深度学习目标检测算法的需求变得日益迫切。当面对复杂多变的实际场景时,移动机器人在目标... 详细信息

随着移动机器人技术在各个领域的应用潜力不断显现,特别在环境感知和目标检测方面,其中视觉感知作为移动机器人的核心功能之一,对于轻量、高效的深度学习目标检测算法的需求变得日益迫切。当面对复杂多变的实际场景时,移动机器人在目标检测过程中面临着一系列技术难点,其中包括识别密集目标,处理因遮挡导致的局部特征不完整以及检测小目标等。因此,克服这些难题对于移动机器人的视觉感知能力提出了更高要求。而目标检测与轻量化技术的结合能够有效地解决这些问题,使得移动机器人能够在有限的资源下实现更快速、准确的目标检测,并在各种复杂环境和场景下适应。本文的主要研究内容如下:为实现高精度的轻量化图像检测算法,本文以YOLOv8作为基础网络模型,在其特征提取部分提出C2f-f模块,增加了高阶特征的卷积次数,同时限制了低阶特征的过度参与,有效防止了梯度弥散现象的发生,使得程序能够细致地控制隐藏通道数和层内计算量。在其整体框架上,采用一种Bi FPN(Bilateral Feature Pyramid Network)结构,实现被检测特征进行简单快速的多尺度融合。这两项改进构成了一种名为RTFYOLO(Refashioned Trimmed Fragment YOLO)的轻量化目标检测模型,该模型在保持检测精度和速度的同时,极大的减小了模型尺寸,为后续利用知识蒸馏算法进行性能提升实验奠定了基础。为了解决在知识蒸馏过程中,多任务协议不一致导致的目标检测精度未达预期甚至出现过拟合问题,提出了一种基于二元分类分数法计算分类蒸馏损失的算法,以弥补多任务协议不一致的影响。同时,引入了改进的定位蒸馏方法(BCKD),结合这两种基于logits的知识蒸馏方法使得目标检测模型在相同的训练轮次下,能够更快地拟合到预期结果,显著缩短了训练时间,并有效提高了算法性能。接着讨论了目标检测算法在移动机器人实际部署与应用中的关键方面。首先介绍了移动机器人视觉平台系统的总体结构,并重点探讨了基于ROS操作系统的底层控制平台。其次在拓展的移动机器人数据集上对本文提出的算法进行了实验对比验证。之后详细描述了移动机器人的上层感知系统实现,包括NVIDIA Xavier NX边缘检测模块的使用、模型文件的转化与信息处理以及实际结果的分析与展示。这些内容全面展示了移动机器人视觉识别系统的构建和部署过程,为实际应用提供重要参考和指导。

关键词：目标检测 YOLO 知识蒸馏轻量化移动机器人

核心稳定性训练对标枪最后用力技术与成绩影响的实验研究

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核心稳定性训练对标枪最后用力技术与成绩影响的实验研究

作者：武焱武汉体育学院

学位级别：硕士

标枪运动是一项以体能为主导,强调快速力量的非周期性项目,它是一项主要依赖运动员身体传递力量并作用于器械纵轴方向上的运动。核心区域不仅是投掷标枪主要发力源,而且也是上下肢力量传递的中间环节,因此核心区的强与弱对标枪专项成绩... 详细信息

标枪运动是一项以体能为主导,强调快速力量的非周期性项目,它是一项主要依赖运动员身体传递力量并作用于器械纵轴方向上的运动。核心区域不仅是投掷标枪主要发力源,而且也是上下肢力量传递的中间环节,因此核心区的强与弱对标枪专项成绩有一定影响作用。最后用力技术作为高校教学中的重、难点部分,如何提升学生在最后用力技术及专项成绩的突破,是专项班标枪教学亟待解决的问题。鉴于此,探究核心稳定性训练对专项班学生最后用力技术的优化,并揭示核心稳定性训练对标枪成绩影响的作用机制。本研究综合运用了专家访谈、教学实验法及数理统计等多种方法,以确保研究的可行性和所筛选测试指标的合理性。选取了武汉体育学院2020级体育教育学院田径专项班的16名学生作为样本,将其等分为两组,即实验组和对照组,每组各8人,实验组进行核心稳定性训练,对照组则进行传统训练,实验前后进行了相应的指标测试进行对比分析。本研究旨在深入探究这种训练方式是否能有效提升学生的身体素质及核心躯干稳定性、优化其最后用力技术环节、并对提高运动成绩产生显著影响。通过测量的数据进行对比分析,最终得出以下结论:(1)在核心稳定性训练中,采用不平衡、不稳定的练习模式能够有效提升学生在运动过程中持续输出力量的能力。在这种训练方式下,不仅能增强身体素质和稳定性,还能够对投掷标枪时的稳定性训练形成有力补充与拓展,从而显著提升训练效果和质量。(2)经过12周的核心稳定性训练后,实验组学生的各方面表现相较于对照组有显著提升。重心速度变化更为合理,速度利用效率有所提高,且在技术学习中对身体协调配合得到了有效提升,特别是在标枪投掷的最后用力阶段,超越器械的程度相对增大,做功距离随之增加,同时,实验组学生上肢、躯干及下肢各部位的技术动作均得到明显的改善,其中,上肢控枪能力得到明显提升,下肢支撑技术更合理有效,在进入最后用力阶段时能保持身体姿态稳定,躯干部分的技术也逐渐趋于合理。(3)通过对标枪投掷出手瞬间的运动学参数分析,可以发现经过训练后,标枪的出手速度得到了提升,出手角度变得趋于合理,同时出手高度也有所增加,进而整体上提高了运动技术表现。这些结果有力地证明了核心稳定性训练对学生在最后发力阶段的技术动作产生了积极影响,使其在生物力学相关参数方面实现了优化,并更符合运动学的基本规律。(4)在标枪的教学训练课程准备活动中融入核心稳定性训练,能够有效地激活并调动深层及浅层肌肉群,使身体上下肢协调配合得到了有效提升,从而对标枪技评成绩和投掷成绩均产生显著的积极影响。

关键词：核心稳定性训练最后用力标枪成绩

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加油接头力传感器设计

航空学报 2024年第7期45卷 216-226页

作者：石荣武白新玉谭义峰赵哲中航电测仪器股份有限公司西安710119

加油装置是加油机的重要发展方向之一,加油接头力传感器是其自动卸荷系统消除动臂载荷实现闭环控制的重要设备,但目前国内尚无该类设备满足实际装机使用要求。通过对加油接头力传感器进行总体设计研究,解决电路与燃油通道隔离及电磁屏蔽... 详细信息

加油装置是加油机的重要发展方向之一,加油接头力传感器是其自动卸荷系统消除动臂载荷实现闭环控制的重要设备,但目前国内尚无该类设备满足实际装机使用要求。通过对加油接头力传感器进行总体设计研究,解决电路与燃油通道隔离及电磁屏蔽,尽量消除俯仰与滚转测量的串扰等问题,将弹性体设计为管状结构,确定合理的应变敏感位置。在小外廓尺寸前提下实现其内径同伸缩管及加油接头的内径一致,保证加油系统结构的最优设计,并提高了测量精度。通过输出灵敏度等设计、分析与测试验证,实现了动臂载荷的安全可靠和准确测量,为该机载设备研制提供了支撑。

关键词：力传感器自动卸荷系统动臂载荷串扰弹性体管状结构