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面向超声机器人的运动学与能量最优轨迹规划研究

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面向超声机器人的运动学与能量最优轨迹规划研究

作者：姜家良南昌大学

学位级别：硕士

当今社会医疗机器人技术发展迅速,特别是超声机器人在医疗领域的应用,展现了巨大的潜力和应用价值。医疗超声机器人作为一种集成了超声成像技术和机器人系统的先进医疗装置,在临床诊断、疾病监控及手术导航等方面显示出独特的优势。本... 详细信息

当今社会医疗机器人技术发展迅速,特别是超声机器人在医疗领域的应用,展现了巨大的潜力和应用价值。医疗超声机器人作为一种集成了超声成像技术和机器人系统的先进医疗装置,在临床诊断、疾病监控及手术导航等方面显示出独特的优势。本文深入研究超声机器人系统中的关键技术,包括机器人逆运动学求解和基于能量最优的轨迹规划,旨在提升超声检查的效率和准确性的同时降低机械设备的能耗和医务人员的身体负担。具体研究内容如下:1、针对机械臂逆运动学的多解和奇异点问题,提出了一种基于改进差分进化和动态更新机制的高性能优化算法改进猎人猎物优化算法(DE-HPO)。通过对Franka机械臂的D-H参数和运动学方程进行深入分析,构建了精确的机械臂模型,并且使用MATLAB对模型的正确性进行仿真验证。本文提出的DE-HPO算法加速了机械臂各关节角度的计算过程,同时提高了求解精度。与现有的传统算法和元启发式算法对比表明DE-HPO算法在机械臂逆运动学求解中具有更好的全局搜索能力、更高的收敛速度和更优异的适应性,为机械臂精确控制和机械臂运动优化提供了新的解决方案。2、针对机械臂在执行任务过程中如何有效降低能量消耗,同时确保其动作流畅性的问题,提出了一种融合5-7-5多项式关节空间轨迹规划和改进金矿搜索优化算法(CDE-GRO)的能量最优轨迹规划方案。5-7-5多项式关节空间轨迹规划方法通过精细的分段控制,实现了运动动态特性的优化和运动轨迹的平滑,从而延长了机械部件的寿命。引入精英反向学习和改进动态探索平衡机制,CDE-GRO算法提高了多项式参数解的质量,同时有效减少了能量消耗。通过与其他元启发式算法对比表明CDE-GRO算法具有更出色的快速收敛至低能耗最优解的能力,为超声机器人能量最优轨迹规划性能提供了新的解决方案。3、搭建了一个集成化的超声机器人实验样机测试系统,该系统使用Kinect深度相机捕获图像数据并将数据转换为三维点云形式,确保超声探头能够精准定位到患者体表并进行自主扫描。同时,该系统将本文提出的DE-HPO算法与CDE-GRO算法和硬件设备相结合,显著提高了医疗诊断的效率。此外,本系统集成了基于QT的医疗辅助机器人上位机软件,提高了系统的实用性与系统用户的友好性。在医用模拟人体上测试结果表明,本文提出的软件算法在提升超声检测效率和能耗方面具有显著的实际应用价值,为超声机器人领域提供了一种高效、集成化的解决方案。

关键词：超声机器人逆运动学能量最优轨迹规划元启发式算法 5-7-5多项式

宽负荷下切圆燃煤锅炉H_(2)S分布特性的数值模拟

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2887-2895页

作者：邓磊袁茂博杨家辉韩磊姜家豪车得福西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

锅炉采用空气分级燃烧降低NO_(x)排放的同时也提高了主燃区H_(2)S体积分数。炉墙壁面过高的H_(2)S体积分数是加剧水冷壁高温腐蚀的重要因素。为保障新能源并网发电,大型燃煤机组灵活调峰的需求增加,不同负荷下的水冷壁近壁面H_(2)S分布... 详细信息

锅炉采用空气分级燃烧降低NO_(x)排放的同时也提高了主燃区H_(2)S体积分数。炉墙壁面过高的H_(2)S体积分数是加剧水冷壁高温腐蚀的重要因素。为保障新能源并网发电,大型燃煤机组灵活调峰的需求增加,不同负荷下的水冷壁近壁面H_(2)S分布特性值得关注。通过正交试验分析了切圆燃煤锅炉运行参数对水冷壁近壁面H_(2)S体积分数分布的影响。选取一台超临界600 MW切圆燃煤锅炉建立数值模型,设计L_(16)(4^(5))正交工况,覆盖100%BMCR、75%THA,50%THA以及35%BMCR四种负荷。建立了自定义SO_(x)生成模型以确定燃料硫的析出和转化路径,模型包含多表面反应子模型以描述焦炭与O_(2)/CO_(2)/H_(2)O等3种气体的异相反应,并确定焦炭气化反应消耗量占总消耗量的比例,进而对炉膛H_(2)S空间分布进行了模拟计算。研究表明,近壁面高体积分数H_(2)S区域主要位于投运燃烧器层中最下层燃烧器以下以及最上层燃烧器以上至SOFA层之间,烟气切圆沿炉膛高度增加逐渐增大是造成后一区域H_(2)S体积分数较高的重要原因。35%BMCR负荷下水冷壁重点区域的H_(2)S平均体积分数为364μL/L,明显低于其他负荷。锅炉运行参数对重点区域H_(2)S体积分数影响程度的排序为:锅炉负荷>一次风率>主燃区空气过量系数>假想切圆直径>燃烧器竖直摆角。

关键词：切圆燃煤锅炉宽负荷 H2S分布正交分析数值模拟

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适应锅炉调峰运行的水冷壁高温腐蚀预测模型

化工进展 2024年第2期43卷 925-936页

作者：邓磊袁茂博杨家辉岳洋姜家豪车得福西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049

随着可再生能源大规模并网,传统火电机组作为调配能源的地位显著增强,这对锅炉灵活调峰运行的安全稳定性提出了更高要求。本文耦合烟气侧与工质侧传热,结合管壁温计算,形成水冷壁壁温分布耦合计算方法。同时,建立了用于确定还原性气氛... 详细信息

随着可再生能源大规模并网,传统火电机组作为调配能源的地位显著增强,这对锅炉灵活调峰运行的安全稳定性提出了更高要求。本文耦合烟气侧与工质侧传热,结合管壁温计算,形成水冷壁壁温分布耦合计算方法。同时,建立了用于确定还原性气氛下的燃料硫释放以及含硫组分的相互转化过程的SO_(x)生成模型。综合炉膛数值模拟、水冷壁壁温耦合计算以及包含时间维度的管壁高温腐蚀模型,提出了一种适应锅炉调峰运行的水冷壁高温腐蚀预测模型并基于Matlab GUI开发了对应软件。选取一台超临界600MW四角切圆燃煤锅炉为研究对象,结果表明:采用壁温耦合计算模型和SO_(x)生成模型得到水冷壁的壁温分布和近壁面H_(2)S浓度分布准确度高,为水冷壁高温腐蚀的准确预测提供了良好基础。不同负荷下水冷壁高温腐蚀特征存在差异,壁面腐蚀程度整体上随负荷降低而降低。100%BMCR与75%THA负荷下前墙水冷壁燃烧器与SOFA之间的区域腐蚀最为严重,最大年腐蚀深度分别为276μm和233μm;50%THA与35%BMCR负荷下高温腐蚀深度在燃烧器区域的上部迅速增加至最大值,分别为224μm和256μm。多工况运行水冷壁高温腐蚀状态表现为各工况腐蚀状态的时空叠加。运用水冷壁高温腐蚀预测模型可实现通过锅炉运行参数和运行时间预测多工况下水冷壁高温腐蚀状态程度的时空分布。

关键词：调峰运行水冷壁高温腐蚀数值模拟壁温计算

胆囊管汇入部微切开行腹腔镜下胆总管探查术治疗细径胆总管结石的疗效分析

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中华肝胆外科杂志 2024年第4期30卷 271-275页

作者：鲁俊姜友刘家阳李良合肥市第二人民医院(安徽医科大学附属合肥医院)肝胆外科合肥230011

目的评估胆囊管汇入部微切开行腹腔镜下胆总管探查术治疗细径胆总管结石的安全性和有效性。方法回顾性分析2014年2月至2021年4月合肥市第二人民医院收治的114例胆囊结石合并细径胆总管结石患者的临床资料,其中男性57例,女性57例,年龄(5... 详细信息

目的评估胆囊管汇入部微切开行腹腔镜下胆总管探查术治疗细径胆总管结石的安全性和有效性。方法回顾性分析2014年2月至2021年4月合肥市第二人民医院收治的114例胆囊结石合并细径胆总管结石患者的临床资料,其中男性57例,女性57例,年龄(51.3±15.8)岁。46例行汇入部微切开胆总管探查后一期缝合的患者为微切开组,68例行胆总管切开探查后留置T管的患者为T管组,对两组患者的基线资料、影像学检查结果以及术中和术后临床指标进行分析比较。结果两组患者的基线资料具有可比性(均P>0.05)。微切开组中转开腹率2.2%(1/46),T管组中转开腹率2.9%(2/68),两组比较差异无统计学意义(P=1.000)。与T管组相比,微切开组具有更少的术中出血量[5.0(5.0,10.0)ml比10.0(5.0,10.0)ml,P=0.043]以及更短的手术时间[(85.2±32.1)min比(102.8±39.5)min,P=0.012]、引流管拔管时间[(5.1±1.2)d比(6.6±1.3)d,P=0.031]和术后住院时间[(6.5±1.7)d比(7.4±2.8)d,P=0.025],差异均具有统计学意义。微切开组的液电碎石使用率为4.3%(2/46),T管组为8.8%(6/68),差异无统计学意义(P=0.471)。微切开组和T管组患者术后并发症发生率分别为4.3%(2/46)和11.8%(8/68),两组比较差异无统计学意义(P=0.311)。截至随访结束时,所有患者均未发现结石复发和胆管狭窄。结论在选择合适病例的前提下,腹腔镜下胆囊管汇入部微切开治疗细径胆总管结石是安全和有效的。

关键词：腹腔镜细径胆总管结石胆总管探查汇入部微切开

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H5《运河新妆》创作报告

H5《运河新妆》创作报告

作者：毛家祥浙江传媒学院

学位级别：硕士

随着社交媒体的普及和融媒体技术的发展,人们获取信息的方式已经从传统媒体向新媒体转变,H5新闻凭借其丰富多彩的视觉呈现效果和沉浸式的交互体验受到媒体青睐。相比于传统媒体基于图片、文字、视频等单一的新闻报道形式,H5新闻的制作... 详细信息

随着社交媒体的普及和融媒体技术的发展,人们获取信息的方式已经从传统媒体向新媒体转变,H5新闻凭借其丰富多彩的视觉呈现效果和沉浸式的交互体验受到媒体青睐。相比于传统媒体基于图片、文字、视频等单一的新闻报道形式,H5新闻的制作具有更高的灵活性,内容形式也更加多样化。根据对H5新闻作品的梳理和分析,发现在创作上依然存在内容结构单一、交互创新不足的问题。通过对H5新闻传播机制、内容结构、交互技术等方面进行研究,H5作品《运河新妆》以京杭大运河杭州段二通道贯通这一新闻事件为切入点,并选择下沙港、八堡船闸和三堡船闸作为主要内容进行创作。在结构设计上采用一主一辅两条故事线,即围绕二通道贯通这一新闻事实展开的主线、围绕运河文化和运河精神传承铺垫的辅线。在内容设计上,尝试条漫、图文、视频、动画等形式,把新闻内容以更加生动形象的方式传达给受众。在交互设计上,通过游戏互动、答题闯关等技术手段拉近与受众之间的距离,增加新闻的趣味性和可读性。本文主要从前期策划、创作过程、特色分析、总结与反思等方面,对该H5新闻作品进行创作阐述。创作内容包括叙事结构设计、内容编排、动画设计与制作、交互设计与整合等方面,并围绕游戏化思维、交互体验、H5技术运用进行作品特色分析。该作品通过丰富的内容形式和多样化的交互体验,不断探索新技术加持下的新闻报道方式,认为H5新闻结构对新闻内容的阅读逻辑、阅读完成度起到调节作用,同时多样化的交互设计能够提升用户体验,强化新闻产品的市场竞争力。

关键词：杭州二通道 H5新闻交互设计沉浸式体验

基于[DBUH+][Br-]离子液的非均相催化剂的构建及其在CO2环加成反应中的应用

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基于[DBUH+][Br-]离子液的非均相催化剂的构建及其在CO2环加成反...

作者：丘家祥东莞理工学院

学位级别：硕士

由于全球化石燃料的大量使用导致大气中二氧化碳（CO）浓度持续增加,引发严重的全球气候和环境问题。与此同时,CO作为一种廉价、丰富、可再生且无毒的碳一（C1）资源,也受到广泛关注。在CO资源化利用的众多途径中,环氧化物和CO的环加成... 详细信息

由于全球化石燃料的大量使用导致大气中二氧化碳（CO）浓度持续增加,引发严重的全球气候和环境问题。与此同时,CO作为一种廉价、丰富、可再生且无毒的碳一（C1）资源,也受到广泛关注。在CO资源化利用的众多途径中,环氧化物和CO的环加成反应具有100%原子经济性的优势,并符合“绿色化学”和可持续发展的原则,因而成为最有前途的途径之一。其产物环碳酸酯因具有高沸点、低毒性、结构稳定等特点,常作为聚合物单体、非质子极性溶剂、药物以及精细化学品合成中的关键中间体、燃料添加剂和锂离子电池电解液等,被广泛地应用于材料、有机合成、医药、化工和能源等领域。然而,由于CO具有热力学稳定性和动力学惰性,在与环氧化物的环加成反应中需要催化剂来促进其转化。在已报道的众多催化剂中,离子液体催化剂因其性质稳定、结构可调、蒸气压小、不含金属、绿色环保等特点,备受研究者关注。但离子液体属于均相催化剂,往往具有不易回收、与产品的后续分离困难、成本高等缺点,因而制备聚合离子液体或将离子液体负载在多孔材料上,发展具有高活性、可回收的非均相催化剂成为当前该领域主要研究趋势。本文基于[DBUH][Br]离子液,构建了两种功能化非均相聚合离子液体催化剂,研究内容相应地分为两部分。第一部分研究功能化双离子对型聚离子液体催化剂P[D+COO-][DBUH][Br]的制备及其在CO环加成反应中的催化性能。以甲基丙烯酸2-（二甲氨基）乙酯（DMAEMA）、二乙烯基苯（DVB）、溴代羧酸和有机碱作为起始原料,通过三步法构建制备了该催化剂。首先,DMAEMA与溴代羧酸通过季铵化制备[D+COOH][Br-]-x（x为溴代羧酸的碳链数）,接着将其与DVB进行共聚制备P[D+COOH][Br-]-x/m/n（确定了两种单体的最佳用量比例m:n=1:0.6）,之后使用有机碱1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯（DBU）与第二步产物中和,最终制备了一系列功能化双离子对型聚离子液体非均相催化剂P[D+COO-][DBUH][Br]-x/m/n。单体及催化剂结构通过核磁共振波谱仪（NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、全自动比表面及孔隙度分析仪（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TG）和气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）等表征确定,并进行了环氧化物-CO环加成反应的催化性能评价,发现在相同条件下,P[D+COO-][DBUH][Br]-2/1/0.6催化剂表现出最佳的催化活性。随后,通过系统考察催化剂用量、反应时间、温度、CO压力等因素对该反应的影响,确定了最佳反应条件。在无溶剂无助催化剂,0.1 MPa CO,80 o C条件下,反应24小时将环氧氯丙烷（ECH）与CO有效地转化为碳酸环氯丙烯酯（CPC）(产率为98.4%,选择性为99%)。此外,该催化剂还表现出良好的可重复使用性和放大合成CPC的潜力,且对多种环氧化物底物与CO的环加成都有较好的催化性能。在探索催化剂的活性中心实验中,发现[DBUH][Br]是其高性能的主要原因。同时,其多孔结构和-COO-的存在在一定程度上可以吸附CO并促进CO催化转化为环碳酸酯。并基于实验结果提出了P[D+COO-][DBUH][Br]催化CO环加成反应的机理。第二部分研究羧基功能化负载型聚离子液体催化剂[DBUH][Br]@PILCOOH的制备及其在CO环加成反应中的催化性能。通过上一章的研究,发现[D+COOH][Br-]和DVB通过共聚制备的聚离子液体可以作为均相离子液[DBUH][Br]的优良载体。为了降低成本,提高催化效率并实现绿色制备催化剂的目标,使用[DBUH][Br]、DMAEMA、DVB和3-溴丙酸四种简单易得的原料,通过一锅法制备了不同[DBUH][Br]负载量的羧基功能化聚离子液体催化剂[DBUH][Br]-x@PILCOOH。通过NMR、FT-IR、BET、ICP、SEM和TG等表征确定了单体和催化材料的结构,并对所有制备的催化剂进行了ECH-CO催化性能评价。发现[DBUH][Br]-1@PILCOOH催化剂能够在0.1 MPa CO,80 o C,无溶剂和无助催化剂的条件下,反应24小时将ECH完全转化为CPC（产率和选择性均为99%）。与上一章催化剂的性能相比,在相同条件下,该催化剂可以更加高效地将各种环氧化物与CO催化转化为环碳酸酯,且产率有明显提升（均在95%以上）。此外,催化剂循环性能、热过滤实验和放大实验的考察表明,[DBUH][Br]-1@PILCOOH具有优秀的循环性能和放大潜力。该催化材料表现出综合的优秀性能,主要归功于其丰富的介孔结构,以及其中存在的羧基（-COOH）、亲核试剂（Br-）和[DBUH][Br]中-NH+之间的协同作用。基于实验结果和已有文献的报道,对[DBUH

关键词： [DBUH+][Br-] 双离子对型聚离子液体 CO2环加成环碳酸酯非均相催化剂

对他人生育态度和行为的低估抑制了Z世代未生育个体的生育意愿

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心理学报 2024年第6期56卷 759-776,I0006-I0008页

作者：陈思静沈家辉姜侨桀杨莎莎浙江科技大学经济与管理学院杭州310023 华东师范大学心理与认知科学学院上海200062

个体的生育意愿不仅受到各种宏微观客观因素的影响,同样也受到个体对他人生育态度/行为主观感知的影响。研究1(N=904)显示,个体通常低估了他人的生育态度和行为,而这一低估反过来抑制了自身的生育意愿。研究2a(N=210)和2b(N=210)通过操... 详细信息

个体的生育意愿不仅受到各种宏微观客观因素的影响,同样也受到个体对他人生育态度/行为主观感知的影响。研究1(N=904)显示,个体通常低估了他人的生育态度和行为,而这一低估反过来抑制了自身的生育意愿。研究2a(N=210)和2b(N=210)通过操纵被试的主观感知验证了对他人生育态度/行为的低估与自身生育意愿之间的因果关系。研究3(N=220)的结果显示,生育效能和责任感知可较好地解释上述发现,其中生育效能的作用更大。研究4的元分析(N=1544)表明,个体对他人生育态度/行为的低估以及这种低估对自身生育意愿的影响均具有小到中等的效应量。上述结果表明,运用社会规范方法来纠正人们的错误认知从而提升生育意愿可为现有政策提供额外助力。

关键词：生育意愿社交影响主体间认知生育效能责任感知

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热光伏器件中的光谱调控

物理学报 2024年第14期73卷 1-15页

作者：熊家骋黄哲群张恒王启祥崔可航上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学致远创新研究中心上海200240

热光伏器件是一种利用光伏效应将热源的热辐射转化为电能的器件.高效热光伏器件在电网规模的热能存储、全光谱太阳能转换、分布式联合发电、废热回收等方面有着广阔的应用前景.然而,大多数热辐射处于低能量波长范围,无法有效激发光伏电... 详细信息

热光伏器件是一种利用光伏效应将热源的热辐射转化为电能的器件.高效热光伏器件在电网规模的热能存储、全光谱太阳能转换、分布式联合发电、废热回收等方面有着广阔的应用前景.然而,大多数热辐射处于低能量波长范围,无法有效激发光伏电池半导体的电子跃迁从而产生电能.因此,对热辐射光谱发射的选择性调控是实现高效热光伏器件的关键.近年来,伴随着纳米光子学、材料科学与人工智能赋能科学的发展,热光伏器件中的光谱调控也取得了极大进展.本文首先回顾了热光伏器件的发展历史,继而围绕热光伏器件中热端和冷端的光谱调控,详细讨论了超结构选择性发射器、本征选择性发射器、光滤波器以及背表面反射器的热辐射光谱调控物理机制与调控手段,并梳理和总结了近场热光伏的相关研究,最后对热光伏器件的未来发展进行了展望.

关键词：热光伏热辐射光谱调控热光子学

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