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基于浮游平台的水下柔索串并联机械臂设计与规划

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基于浮游平台的水下柔索串并联机械臂设计与规划

作者：宋厚毅兰州交通大学

学位级别：硕士

海洋资源种类丰富且储量巨大,近些年来人们在海上作业越来越频繁。对于一些复杂环境区域的探索,水中机器人搭载机械臂发挥了重要作用。目前,水中机器人搭载的机械臂的驱动单元多位于其关节处,为其提供驱动力,这较大的增加了机械臂整体... 详细信息

海洋资源种类丰富且储量巨大,近些年来人们在海上作业越来越频繁。对于一些复杂环境区域的探索,水中机器人搭载机械臂发挥了重要作用。目前,水中机器人搭载的机械臂的驱动单元多位于其关节处,为其提供驱动力,这较大的增加了机械臂整体的质量和体积,造成机械臂惯性过大以及所受水阻过大等问题,并且驱动单元的大质量还占用了机械臂宝贵的承载空间,同时对机械臂控制、能耗以及密封保养也造成较大影响。为解决上述问题,本论文设计了一种轻量化的柔索驱动水下机械臂,以减小驱动电机过大的质量和体积对机械臂运动的影响。具体的研究方法和内容如下:首先,确定以打捞为作业方式的设计要求,对设计要求进行分析,确定了机械臂的材料和柔索驱动方式。针对柔索驱动存在的运动学耦合问题,论文提出采取串并联机构相结合、串联机构驱动单元前置以及串联机构驱动柔索在并联机构连杆内部走线等方案予以解决。选用球绞关节、旋转关节作为关节运动副,对电机进行选型,完成机械臂机构设计。对所选钢丝绳进行强度校核并且通过Solid Works中的Simulation插件完成机械臂主要承载件的静力学分析。其次,采用改进的D-H法和空间矢量法对所研机械臂进行运动学分析。利用改进的D-H法完成机械臂的运动学推导得到正逆运动学方程,建立了关节角与末端位置的相互映射关系。在机械臂系统中建立世界坐标系和随体坐标系,确定柔索与机械臂运动平台相连接的锚点和机械臂上的其它相关点坐标,并利用各点的空间矢量位置关系建立柔索长度与关节角间的联系。通过上述方法得到了机械臂驱动空间(柔索长度)、关节空间(关节角)、操作空间(末端位置)三者间的相互关系。在Robotics Toolbox中完成机械臂正逆运动学方程的正确性验证。以机械臂运动学为基础,采用蒙特卡洛法完成了对机械臂工作空间的求取和分析。然后,采用拉格朗日法建立水下柔索驱动机械臂的动力学模型。对拉格朗日动力学进行推导,利用在Solid Works中获得的机械臂相关参数完成机械臂力矩求解。采用切片原理对机械臂的水动力学进行分析,完成机械臂动力学模型的建立。利用结合运动轨迹的方法完成动力学方程的求解和仿真分析,以机械臂运动学为基础对机械臂运动过程中柔索的长度、速度以及加速度进行了求解,并进行仿真验证,结果表明柔索的变化符合机械臂运动特征。同时针对柔索拉力进行了理论推导,并对其取值范围进行了探讨。最后,对机械臂轨迹规划进行分析。论文在可直观反应运动情况的笛卡尔空间中对机械臂进行直线轨迹和圆弧轨迹的规划。空间直线轨迹规划是已知始末两点坐标,采用逐点插补的方式完成直线轨迹插补函数的求解。空间圆弧轨迹规划采取在轨迹圆平面内建立新的坐标系,并求解新旧坐标系的转换矩阵,将复杂的空间三维问题转为平面二维问题进行研究。而后对圆弧轨迹进行位置插补,得到圆弧规划的插补函数。在Robotics Toolbox中对两轨迹规划进行仿真验证,结果显示机械臂运行平稳。以圆弧轨迹规划为基础,根据机械臂运动学可知机械臂末端轨迹与柔索长度的对应关系,求得在运动过程中柔索的变化情况,通过求得的柔索运动参数曲线可知,柔索运动符合机械臂运动特征。

关键词：水下机械臂柔索驱动运动学动力学轨迹规划

间隔17年序贯植入人工耳蜗后的康复效果分析

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听力学及言语疾病杂志 2024年

作者：李厚毅周爱然赵航刘巧云华东师范大学教育学部康复科学系华东师范大学智能教育研究院

目的探讨双侧极重度听力损失患者长时间间隔后对侧人工耳蜗植入(CI)的康复训练方法及康复效果。方法对一例3岁时一侧CI、间隔17年后对侧CI(CI2)的患者进行为期8个月的跟踪研究,其间经过3次调机,并在康复师指导下进行康复训练。康复方... 详细信息

目的探讨双侧极重度听力损失患者长时间间隔后对侧人工耳蜗植入(CI)的康复训练方法及康复效果。方法对一例3岁时一侧CI、间隔17年后对侧CI(CI2)的患者进行为期8个月的跟踪研究,其间经过3次调机,并在康复师指导下进行康复训练。康复方法采用自下而上(最小音位对比)和自上而下(语义信息整合)相结合的方式进行。采用声场测听、环境声辨识、言语测听和皮层听觉诱发电位综合评估康复效果。结果(1)康复训练后,CI2耳单侧的环境声识别率接近100%,林氏六音识别率为100%,双音节词和句子识别率从0提升到30%;皮层听觉诱发电位显示,CI2耳的波形与康复训练前的融合正波形态相比产生了一定变化;(2)CI2耳干预2个月后逐渐显示出双耳聆听优势,噪声下言语识别率(SNR=0 dB)从50%提升到82%。结论即使双耳植入间隔17年,经精细化调机和坚持康复训练后,该患者的CI2耳仍然能获得可用的听力,逐步发挥出双耳聆听优势,并体现出一定的大脑可塑性。

关键词：人工耳蜗序贯植入康复训练

“一带一路”沿线境外经贸合作区对东道国经济增长的影响及机制研究

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上海大学学报（社会科学版） 2024年第2期41卷 80-94页

作者：张恒龙田聪莹宋厚霖上海大学经济学院上海200444

境外经贸合作区是共建“一带一路”倡议的重要承接点,也是推动我国企业高质量“走出去”的重要平台,如何评估合作区建设对考察我国“一带一路”倡议成效与境外经贸合作区的实践效果具有重要参考价值。基于60个“一带一路”沿线国家的样... 详细信息

境外经贸合作区是共建“一带一路”倡议的重要承接点,也是推动我国企业高质量“走出去”的重要平台,如何评估合作区建设对考察我国“一带一路”倡议成效与境外经贸合作区的实践效果具有重要参考价值。基于60个“一带一路”沿线国家的样本数据,通过渐进性双重差分法,可对境外经贸合作区对东道国经济增长的影响和内在机制进行实证分析,并对东道国经济特征和合作区类型进行异质性分析。研究结果表明:第一,境外经贸合作区的建立可以显著促进东道国的经济增长。其中,外商投资流入和贸易规模发挥了部分中介作用。第二,境外经贸合作区在促进东道国的经济增长方面具有异质性,对收入水平较低、营商制度较差的国家具有更强的经济助推作用。

关键词： “一带一路” 境外经贸合作区经济增长双重差分法

基于结构方程模型研究环境因子对毛里塔尼亚双拖鲣CPUE的影响

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中国水产科学 2024年第4期31卷 465-475页

作者：张鸿霖马有成宋厚成张健曾志坚上海海洋大学海洋科学学院国家远洋渔业工程技术研究中心上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室上海海洋大学农业农村部大洋渔业开发重点实验室上海海洋大学宏东渔业股份有限公司

探索渔业资源丰度与环境因子的关系,并掌握种群分布对环境变化的响应机制,是养护资源、实现渔业可持续发展的基础。然而,渔业资源的变化受多个环境因素的综合影响,这些因素之间存在复杂且相关的关系。目前的研究主要集中于环境因子对种... 详细信息

探索渔业资源丰度与环境因子的关系,并掌握种群分布对环境变化的响应机制,是养护资源、实现渔业可持续发展的基础。然而,渔业资源的变化受多个环境因素的综合影响,这些因素之间存在复杂且相关的关系。目前的研究主要集中于环境因子对种群分布和资源丰度等直接影响,而忽视了环境因素之间的相互作用。为了探索不同环境因子及其相互关系对毛里塔尼亚双拖鲣种群资源量的影响机制与路径,本研究基于2017—2019年毛里塔尼亚海域双拖渔业鲣(Katsuwonuspelamis)单位捕捞努力量渔获量(CPUE),采用结构方程模型(SEM)构建海表面温度(SST)、海表面盐度(SSS)、海面高度异常(SLA)、溶解氧(DO)和叶绿素a浓度(Chl-a) 5个环境因子对鲣CPUE直接和间接影响。结果表明:SEM模型具有良好的拟合效果; SST、SSS、SLA、DO和Chl-a对鲣CPUE均有直接影响,其中DO和SLA对CPUE有着显著正相关影响,而SST、SSS和Chl-a对CPUE有显著负相关影响; SST等环境因子还会通过多种路径对鲣CPUE产生间接影响。研究揭示了毛塔海域SST通过直接影响或通过影响其他环境因子而间接影响鲣种群资源变动的潜在机制。

关键词：鲣拖网 CPUE 结构方程模型环境因子影响路径

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概率计算及混合概率计算

电子学报 2024年第2期52卷 428-440页

作者：李洪革陈宇昊吴俊毅宋印杰朱新宇北京航空航天大学电子信息工程学院北京市100191

非位置概率数的计算机制已经成为边缘计算片上系统的新范式.本文介绍了概率计算(stochastic computing)的起源、发展和目前国内外的研究现状.针对传统概率计算存在诸如计算时延长、脉冲串信息携带效率低等问题,本文提出了二进制数-概率... 详细信息

非位置概率数的计算机制已经成为边缘计算片上系统的新范式.本文介绍了概率计算(stochastic computing)的起源、发展和目前国内外的研究现状.针对传统概率计算存在诸如计算时延长、脉冲串信息携带效率低等问题,本文提出了二进制数-概率脉冲串混合编码的混合概率数概念,并从数的表示机理上阐释了二进制数、概率数和混合概率数的数理关系,进而揭示了混合概率计算所具备的低时延、高算力和高能效比的计算特点.本文基于40 nm CMOS工艺设计混合概率深度神经网络,该神经网络芯片在内核面积仅0.73 mm×0.73 mm的条件下,设计4544个乘累加(MAC)单元.在时钟频率400 MHz条件下,总功率为102.3 mW,其中动态功耗仅97μW.通过ASIC芯片的实验测试表明,混合概率计算作为一种全新的颠覆性计算范式,与其他确定性、可扩展和全并行等概率计算方案相比,其能效比分别提高了50倍、2.5倍和3.26倍.

关键词：概率数概率计算混合概率数混合概率计算深度神经网络能效算力

基于LSTM的气候变化对中西太平洋围网黄鳍金枪鱼和鲣CPUE影响的滞后效应

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海洋学报 2024年第7期46卷 62-72页

作者：张健宋厚成刘文俊石建高上海海洋大学海洋生物资源与管理学院上海201306 上海海洋大学国家远洋渔业工程技术研究中心上海201306 上海海洋大学大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室上海201306 上海海洋大学农业农村部大洋渔业开发重点实验室上海2013064 中国水产科学研究院东海水产研究所上海200090

黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)和鲣(Katsuwonus pelamis)是大洋性高度洄游物种,也是全球大洋性渔业的主要捕捞对象,其种群分布和资源密度容易受气候变化所引起的海洋环境变化影响,且存在响应滞后。为了探索气候变化对中西太平洋海域(WC... 详细信息

黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)和鲣(Katsuwonus pelamis)是大洋性高度洄游物种,也是全球大洋性渔业的主要捕捞对象,其种群分布和资源密度容易受气候变化所引起的海洋环境变化影响,且存在响应滞后。为了探索气候变化对中西太平洋海域(WCPO)低龄黄鳍金枪鱼和鲣群体影响及滞后效应,本研究基于长短期记忆神经网络(LSTM)分析了海洋尼诺指数(ONI)对1982年至2021年间WCPO围网黄鳍金枪鱼和鲣单位捕捞努力量渔获量(CPUE)的影响,利用不同时间步长模拟不同滞后期(0~12个月)下CPUE对ONI响应。结果表明:LSTM适用于对黄鳍金枪鱼和鲣等大洋性种群资源密度与ONI等环境因素间滞后效应的分析;WCPO赤道南北不同海域围网黄鳍金枪鱼和鲣CPUE对ONI的响应存在滞后,且不同海域的最佳滞后期均为12个月;最佳滞后期与渔获群体年龄相当,表明WCPO黄鳍金枪鱼和鲣的繁殖能力或幼鱼存活率易受到气候变化及其引起的海洋环境变动影响,表现出时长为捕捞年龄的滞后时间。研究方法与结果为后续开展WCPO关键物种群体分布研究提供了资源变动机制上的新思路。

关键词：黄鳍金枪鱼鲣海洋尼诺指数滞后效应 LSTM 中西太平洋

小学低年级解决问题中渗透数学思想方法的策略研究

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数理化解题研究 2024年第20期 55-57页

作者：宋厚军连云港市赣榆宁海路小学江苏连云港222100

数学不仅是符号、公式或理论,更是一种思维方式,一套逻辑体系.在小学低年级阶段,学生正值关键的认知发展期,这个时期所培养的数学思想方法和策略将对其将来的学习乃至生活都会产生深远的影响.因此,如何在这一阶段深化数学思想的渗透,激... 详细信息

数学不仅是符号、公式或理论,更是一种思维方式,一套逻辑体系.在小学低年级阶段,学生正值关键的认知发展期,这个时期所培养的数学思想方法和策略将对其将来的学习乃至生活都会产生深远的影响.因此,如何在这一阶段深化数学思想的渗透,激发学生的数学兴趣,进而塑造他们独立、批判性的思考能力显得尤为重要.然而,在当前教学实践中,这一目标并未充分实现,反而在某些方面出现了偏离.针对这一现状,文章提出针对性的方法与策略,旨在更好地引导小学低年级学生融入数学的奥秘之中,培养其解决问题的能力.

关键词：小学低年级解决问题数学思想方法策略

一种用动态神经网络的月面科研站电源系统分析方法

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电源技术 2024年第3期48卷 395-400页

作者：黄宇超宋相毅童乔凌张侨武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 华中科技大学集成电路学院湖北武汉430074

月面科研站能源系统工况复杂,对其电源系统的稳定性分析十分重要,电源系统建模复杂,将其等效为黑箱子模型,通过输入和输出特性判断稳定性。提出了一种利用动态神经网络根据给定输入估计系统的预测输出,判断系统的稳定性。神经网络模型... 详细信息

月面科研站能源系统工况复杂,对其电源系统的稳定性分析十分重要,电源系统建模复杂,将其等效为黑箱子模型,通过输入和输出特性判断稳定性。提出了一种利用动态神经网络根据给定输入估计系统的预测输出,判断系统的稳定性。神经网络模型的训练数据集通过仿真生成,通过选择合适的神经网络结构和超参数,获得最佳的传递函数辨识结果。以Buck电路为例,采用MATLAB的Simulink模块进行仿真得到神经网络训练集,神经网络预测输出能贴近仿真输出,验证了该方法的有效性。

关键词：动态神经网络电源系统数字孪生 Buck变换器

一种可用于航天Boost拓扑电源参数辨识的数字孪生方法

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电源技术 2024年第3期48卷 471-476页

作者：宋相毅黄宇超童乔凌张侨武汉理工大学自动化学院湖北武汉430070 华中科技大学集成电路学院湖北武汉430074

电力电子变换器中元器件随时间退化会影响到航天电源的稳定性与可靠性。为确保航天电源的可靠性,并准确识别零部件状态,数字孪生依靠其非侵入性、数字化、高性价比、低风险、可视化与实时性的特点,可以解决电力电子变换器的故障趋势判... 详细信息

电力电子变换器中元器件随时间退化会影响到航天电源的稳定性与可靠性。为确保航天电源的可靠性,并准确识别零部件状态,数字孪生依靠其非侵入性、数字化、高性价比、低风险、可视化与实时性的特点,可以解决电力电子变换器的故障趋势判断与状态检测的问题,从而保证航天电源的稳定性与可靠性。通过验证Boost拓扑电路的数字孪生模型,同时采用禁忌搜索算法以比较结果最小二乘误差为目标函数得到全局最优解,进行Boost拓扑电路参数辨识、实时监控。并且对比了100、500、1000算法迭代次数对结果的影响,随着迭代次数的增加,最终结果与实际值仅有最大0.96%的误差。验证该项技术可应用到航天电源的实时状态监控,以保证其可靠性。

关键词：航天电源数字孪生 Boost拓扑参数辨识禁忌搜索算法