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基于自制触觉感知器的人机安全协同控制研究

基于自制触觉感知器的人机安全协同控制研究

作者：刘乐康烟台大学

学位级别：硕士

随着机器人工作环境和任务需求的日益复杂化,确保机器人与外界环境之间的工作安全性已成为焦点,机器人的触觉感知在这一安全性问题中扮演关键角色。通过触觉接触,机器人能够直接获取与之接触的外部环境的物理信息,并直接影响其人机交互... 详细信息

随着机器人工作环境和任务需求的日益复杂化,确保机器人与外界环境之间的工作安全性已成为焦点,机器人的触觉感知在这一安全性问题中扮演关键角色。通过触觉接触,机器人能够直接获取与之接触的外部环境的物理信息,并直接影响其人机交互的安全性和运动决策。电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)是一种非侵入式的电生物学成像技术,能够通过少量边界电压数据计算敏感场域内部的电导率分布。其具备无辐射、低成本和实时性强等优势,在机器人的大面积“电子皮肤”触觉感知应用上具有显著优势。本文依托于国家重点研发计划智能机器人专项的“人-机器人智能融合技术”,立足于智能机器人具身触觉感知与学习的基础理论与关键技术,将基于电阻抗层析成像技术的机器人触觉感知作为主要研究方向,主要研究内容概括如下:(1)设计和制造了一种基于电阻抗层析成像的触觉感知器系统,用于实现智能机器人对于外部环境的触觉感知功能。首先根据压阻式原理完成二维和三维触觉感知器的制备,其次完成了硬件数据处理系统的搭建,然后完成了软件图像重构系统的设计,最后进行了多样性的实验验证。实验结果证明了该系统的有效性,该触觉感知器系统能够有效地覆盖于智能机器人身体的各个部位形成“电子皮肤”,有效地实现对外部障碍物刺激的感知功能,并实时完成触觉图像的重构,为后续的人机安全协同控制系统的研究奠定了坚实基础。(2)提出了一种基于自适应优化电流驱动的触觉感知方法,旨在应对大面积触觉感知器在空间分辨率和响应灵敏度方面的挑战。该方法专注于解决在大面积的触觉感知应用场景中内部位置空间分辨率不足的问题,它由一个全局扫描模式和五个局部优化模式组成。在全局扫描模式下,该方法利用少量边界电极对外部触觉刺激进行快速扫描和成像,并根据外部刺激的位置自适应地选择不同的局部优化模式,以实现对局部刺激位置的电流密度最大化。实验结果表明,该方法能够在不增加测量和计算时间的情况下显著改善大面积触觉感知器的空间分辨率。(3)实现了一种基于触觉感知的人机安全协同控制系统与虚拟障碍物空间模型构建方法,旨在促进更为安全高效的人机协作。针对机器人在变化复杂的非结构化环境中与外界的交互安全性问题,围绕UR5机械臂设计了由人机通信模块、指令解析模块、视觉定位模块、触觉感知模块和机械臂控制模块组成的人机安全协同控制系统。同时,提出了一种根据触觉反馈信息构建虚拟障碍物空间模型的方法,用于真实空间中障碍物的映射,以实现机械臂在重复任务执行过程中的自主路径规划和主动避障。实验结果证明了所提出的人机安全协同控制系统及空间建模方法的有效性。

关键词：电阻抗层析成像触觉感知图像重构人机交互

南海北部天然气水合物赋存区沉积物渗透性敏感规律试验研究

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地学前缘 2024年

作者：宋德坤刘乐乐王栋自然资源部天然气水合物重点实验室中国地质调查局青岛海洋地质研究所中国海洋大学海底建设与保护山东省工程研究中心

天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中，如我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石，揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积... 详细信息

天然气水合物主要分布于含有黏土矿物的海洋细颗粒沉积物中，如我国南海北部海域沉积物中含有大量的伊利石，揭示其渗透性在降压开采过程中的变化规律对于合理调控水气产出过程非常重要。本文采用取自南海北部水合物试采目标海域的沉积物重塑土样，在不同的孔隙液浓度条件下，进行了界限含水率测定试验、渗流固结试验和稳态渗流试验，获得了土样液限、塑限、塑性指数、渗透系数和渗透率数据，分析了南海沉积物渗透性的应力敏感性和化学敏感性规律。结果表明，南海沉积物的界限含水率指标均随着孔隙液浓度的增加而降低；南海沉积物的渗透性随着孔隙液浓度的增加而增强，随着应力的增加而减弱，并且应力敏感性程度随着孔隙液浓度的增加而变大，化学敏感性程度随着应力的增加而变小；采用归一化孔隙比获得的渗透系数拟合关系不受孔隙液浓度的影响，便于工程应用。

关键词：渗透率渗透系数界限含水率敏感性指标降压开采

作业外包与单机批调度联合优化问题的确定型启发式算法

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工业工程与管理 2024年第2期29卷 140-150页

作者：刘乐唐文娜济南大学商学院山东济南250002 青岛大学自动化学院山东青岛266071

从制造商角度出发,研究了考虑作业外包选择的单机批调度联合优化问题,建立了以最小化作业外包总成本与内部批加工总成本之和为目标函数的0-1规划模型,并分析了该问题的NP困难性和优化性质。在此基础上,利用两种不同的外包作业集决策方... 详细信息

从制造商角度出发,研究了考虑作业外包选择的单机批调度联合优化问题,建立了以最小化作业外包总成本与内部批加工总成本之和为目标函数的0-1规划模型,并分析了该问题的NP困难性和优化性质。在此基础上,利用两种不同的外包作业集决策方式以及与之相适应的作业筛选次序组,设计出两种具备多项式时间复杂度的确定型启发式算法,即作业加入型算法和作业剔除型算法。在仿真实验中,针对大量测试算例对比分析了这两种算法在优化质量、运行耗时上的性能表现。实验结果表明,两种算法均能在极短时间内求得较高质量的近似解,但作业剔除型算法在优化质量上要显著优于作业加入型算法。

关键词：外包调度批处理机确定型启发式算法

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收入差距对碳排放的影响研究

收入差距对碳排放的影响研究

作者：刘乐乐吉林大学

学位级别：硕士

长治市海绵设施入渗黄土地层变形对临近建筑物的影响

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长治市海绵设施入渗黄土地层变形对临近建筑物的影响

作者：刘乐乐西安理工大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的推进,城市热岛效应加剧,地面消纳雨水的能力也在减退,导致城市雨涝、径流污染、建筑物不均匀沉降、道路坍塌破坏等问题日益突出。海绵城市的建设有效解决了部分城市因极端天气引发的水灾害与水环境问题。然而,湿陷性黄... 详细信息

随着城市化进程的推进,城市热岛效应加剧,地面消纳雨水的能力也在减退,导致城市雨涝、径流污染、建筑物不均匀沉降、道路坍塌破坏等问题日益突出。海绵城市的建设有效解决了部分城市因极端天气引发的水灾害与水环境问题。然而,湿陷性黄土地区建设海绵城市需要充分考虑土壤特性和水文条件等因素,如何有效地预防因海绵设施雨水下渗引起的黄土地层湿陷,进一步对临近建筑物的结构安全产生威胁,是学术与工程两界共同面临和解决的重要问题,同时也是推进“新阶段水利高质量发展”和“以人为核心的新型城镇化战略”需要挑战的技术问题。基于此背景,本文以山西省长治市潞州区黄土为试验对象,综合运用宏-微观试验、数值模拟以及模型构建等方法,研究了长治市湿陷性黄土的入渗特性,进而分析了海绵设施入渗引起的黄土地层湿陷特征,根据以上分析结果本文构建了一套湿陷性黄土地区应用于海绵设施入渗对临近建筑物影响的评价体系,针对此评价方法进行了以下研究:(1)基于室内物性、湿陷、强度指标等试验,研究了不同初始含水率下黄土的湿陷与力学特性,通过建立含水率与湿陷系数、压缩模量、黏聚力和内摩擦角等物性指标之间的关系,发现各物性指标与含水率都呈现负相关关系。基于此计算出不同湿陷系数下相应数值模拟参数的取值,为后文湿陷变形数值模拟提供参数依据。(2)通过对FLAC3D软件二次开发,实现非饱和渗流模拟计算,研究了湿陷性黄土在不同降雨强度与下垫层渗透系数条件下,雨水入渗的扩散规律以及入渗范围。结果表明:下垫层渗透系数较大时,降雨竖向入渗深度大于水平扩散距离,且入渗范围呈“椭圆状”,入渗范围随降雨强度的增大而扩大;下垫层渗透系数较小时,降雨强度对入渗深度的影响非常有限,且入渗范围呈“椭圆状”。综合考虑,选取下垫层湿陷系数为3×10-4cm/s作为湿陷变形计算的基础。(3)基于非饱和渗流计算的入渗范围,结合长治市主城区黄土地层湿陷等级分布特征,采用湿陷双线法试验的思想构造湿陷变形计算方法,得到黄土地层湿陷变形特征以及对临近建筑基础的影响。结果表明:当降雨达到大雨入渗48h、暴雨入渗48h、大暴雨入渗24、48h强度时,临近建筑物基础的倾斜率较大,范围在0.002-0.010之间。(4)基于黄土地层湿陷变形特征,对照现行建筑基础规范,结合长治市各区域降雨预报预警数据,绘制出长治市主城区海绵设施暴雨建筑物危害预报预警图,并提出了一套海绵设施入渗引起黄土地层湿陷对临近建筑物影响的评价流程。

关键词：海绵设施降雨入渗湿陷性黄土非饱和渗流湿陷变形

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微动磨损形貌与接触应力场耦合机制仿真分析

机床与液压 2024年第19期 135-140页

作者：韩怡茗李欣刘乐强杨建伟北京建筑大学机电与车辆工程学院

微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式。为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制，利用ABAQUS软件建立柱面/平面有限元接触模型，并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行仿真，进一步对微动磨损过程中... 详细信息

微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式。为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制，利用ABAQUS软件建立柱面/平面有限元接触模型，并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行仿真，进一步对微动磨损过程中磨损形貌和应力场的耦合机制进行分析。仿真结果表明：局部滑移下，磨损形貌呈“W”形，随着循环次数增加，接触宽度和磨损深度略有增加，接触区最大正应力和切应力略有增大；全局滑移下，磨损形貌呈“U”形，随着循环次数增加，磨损形貌显著变宽、变深，接触区正应力和切应力的应力场分布逐渐变宽变扁。

关键词：微动磨损接触应力场耦合机制柱面/平面 Archard模型

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农业伦理视域下“藏粮于地”与“藏粮于草”的辩证关系——兼论《粮食安全保障法》第二章“耕地保护”

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草业学报 2024年第10期33卷 183-193页

作者：赵安柏瑛兰州大学草地农业科技学院甘肃兰州730020 兰州文理学院经管学院甘肃兰州730010

从农业伦理视角看“藏粮于地”与“藏粮于草”之间的互补共赢关系。聚焦2023年新颁布的《粮食安全保障法》第二章“耕地保护”,认为耕地保护不光是保面积,还要保水、保土、保肥、保多元种植模式、保农业系统多样性等。本研究采用了文献... 详细信息

从农业伦理视角看“藏粮于地”与“藏粮于草”之间的互补共赢关系。聚焦2023年新颁布的《粮食安全保障法》第二章“耕地保护”,认为耕地保护不光是保面积,还要保水、保土、保肥、保多元种植模式、保农业系统多样性等。本研究采用了文献综述、实地调研、案例分析等方法,梳理了耕地面积和耕地质量等资源的刚性约束,种植业的结构性问题和粮食连增的不可持续性,粮草多元种植实现耕地改良和增加后备土地的科研成果、政策共识,并从黄河流域的6个调研县筛选了粮草轮作复种、套作间作、混播混贮等3个典型案例作为佐证。本研究认为种植业结构调整处于农业结构调整的首要位置,尤其是在粮食产量达到人年均400 kg口粮安全点之后,就不应该再制定过高的粮食生产目标,而应适时启动“藏粮于草”计划来保护耕地、增草增粮。“藏粮于草”更符合农业伦理学模式,是伦理学在植物生产层中的创新性应用。建议将口粮、饲粮、饲草种植分别统计,因地制宜开展粮草多元种植模式。

关键词：藏粮于地藏粮于草耕地保护粮食安全农业伦理

气候变化规制的环境法进路:法治诉求与制度选择

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浙江工商大学学报 2024年

作者：何香柏浙江大学光华法学院

现行环境法律体系以环境污染与生态破坏为事理基础,尚未涵盖气候变化这种新型风险类议题,也未明确界定二氧化碳是不是一种空气污染物,这导致环境法很难直接回应气候变化,特别是碳排放控制的法治需求。与环境污染规制相比,气候变化规制... 详细信息

现行环境法律体系以环境污染与生态破坏为事理基础,尚未涵盖气候变化这种新型风险类议题,也未明确界定二氧化碳是不是一种空气污染物,这导致环境法很难直接回应气候变化,特别是碳排放控制的法治需求。与环境污染规制相比,气候变化规制在规制历史、规制依据与规制手段等方面具有特殊的复杂性,故有超越环境污染规制的法治需求。因此,对当前环境法的规制范畴与方式进行反思并提出相应的规制路径至关重要。同时,由于气候变化规制与污染规制都聚焦政府对排放行为的干预,也都涉及干预程度、预防与控制以及法律强制与自愿行为的平衡等关键问题,因此可以在现行环境法律框架下寻找协同控制的制度路径,也可以借力环境污染规制的法治经验提高气候立法回应不确定性与利益复杂性的能力。

关键词：环境法减排义务气候变化规制环境污染规制协同控制

复杂场景下自适应注意力机制融合实时语义分割

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3334-3342页

作者：陈丹刘乐王晨昊白熙茹王子晨西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 陕西职业技术学院电子信息工程学院西安710038

实现高准确度和低计算负担是卷积神经网络(CNN)实时语义分割面临的严峻挑战。针对复杂城市街道场景目标种类众多、光照变化大等特点,该文设计了一种高效的实时语义分割自适应注意力机制融合网络(AAFNet)分别提取图像空间细节和语义信息... 详细信息

实现高准确度和低计算负担是卷积神经网络(CNN)实时语义分割面临的严峻挑战。针对复杂城市街道场景目标种类众多、光照变化大等特点,该文设计了一种高效的实时语义分割自适应注意力机制融合网络(AAFNet)分别提取图像空间细节和语义信息,再经过特征融合网络(FFN)获得准确语义图像。AAFNet采用扩展的深度可分离卷积(DDW)可增大语义特征提取感受野,提出自适应平均池化(Avp)和自适应最大池化(Amp)构成自适应注意力机制融合模块(AAFM),可细化目标边缘分割效果并降低小目标的漏分率。最后在复杂城市街道场景Cityscapes和CamVid数据集上分别进行了语义分割实验,所设计的AAFNet以32帧/s(Cityscapes)和52帧/s(CamVid)的推理速度获得73.0%和69.8%的平均分割精度(mIoU),且与扩展的空间注意力网络(DSANet)、多尺度上下文融合网络(MSCFNet)以及轻量级双边非对称残差网络(LBARNet)相比,AAFNet平均分割精度最高。

关键词：卷积神经网络复杂城市街道场景扩展的深度可分离卷积自适应注意力机制融合分割精度