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仿生两栖机器人设计及水动力性能研究

仿生两栖机器人设计及水动力性能研究

作者：郑文声江苏科技大学

学位级别：硕士

两栖机器人在各种军事、民用环境任务中扮演着越来越重要的角色。它们在灾难救援、生活娱乐和生态系统监测等领域应用广泛。然而,常见的两栖机器人需要手动变换其运动系统实现水陆两栖运动,其效率和可靠性受到较大制约。近年来,许多新... 详细信息

两栖机器人在各种军事、民用环境任务中扮演着越来越重要的角色。它们在灾难救援、生活娱乐和生态系统监测等领域应用广泛。然而,常见的两栖机器人需要手动变换其运动系统实现水陆两栖运动,其效率和可靠性受到较大制约。近年来,许多新型的两栖机器人采用生物激励和仿生学技术,故本文采用仿尼罗河“魔鬼刀鱼”波动推进技术,设计制作出一套仿生运动系统可以实现在复杂两栖环境中工作并具有高机动性和灵活性的仿生两栖机器人。本文基于建模软件Solid Works完成了仿生两栖机器人的总体设计与制作,完成仿生两栖机器人各模块零部件的建模与装配;并采用Simulation对仿生两栖机器人零部件及整体进行强度校核;并结合流体计算软件Fluent开展仿生两栖机器人水动力性能研究;按照仿生两栖机器人总体设计方案加工装配各模块,最后完成仿生两栖机器人样机制作与装配,并完成陆上与水下的功能验证试验。主要研究内容如下:首先,结合仿生两栖机器人水陆两栖的工作情况,采用模块化设计理念,完成了仿生两栖机器人内部系统设计、零部件设计建模、相关设备选型和主要材料选取等工作;同时,将主要框架及功能模块模拟实际工作条件下施加相应载荷,校核设计部件强度是否满足要求。为仿生两栖机器人控制系统的建立与调试以及样机的加工装配提供理论依据。其次,本文对仿生两栖机器人本体及柔性鳍面水动力性能进行了研究,基于CFD计算流体软件研究了仿生两栖机器人不同航速下的本体及脐带缆水动力性能,探明了不同航速对仿生两栖机器人本体的阻力性能影响,得到脐带缆总阻力Fx与航行距离x、水深h的关系;采用了Fluent动网格技术中的弹性光顺法及局部网格重构技术处理柔性鳍面大摆幅波动问题,得到柔性鳍面波动产生的推力、推进效率以及鳍面周围的动态流场分布,分析设定航速下本体的阻力与机器人鳍面的推力,对其推力能否满足设定航速进行验证。为接下来开展水下整机试验提供依据。最后,按照最终确定的仿生两栖机器人总体设计方案,将各模块加工图纸以及需要3D打印的三维模型整理完毕,完成仿生两栖机器人实物样机制作;完成各功能模块的安装与调试确保其功能均正常,并搭建试验测试平台;开展仿生两栖机器人陆地及水下试验,完成其基本功能实现、速度及转弯半径测试,以及定位性能和对地高度的准确性测试。结果表明该仿生两栖机器人符合最终设计及使用要求。

关键词：仿生两栖机器人总体设计波动鳍水动力特性试验测试

基于频域数据增强与轻量化YOLO v7模型的成熟期香梨目标检测方法

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农业机械学报 2024年第5期55卷 244-253页

作者：郑文轩杨瑛江苏第二师范学院物理与电子信息学院南京210013

为实现香梨自动化采摘,本文以YOLO v7-S为基础模型,针对果园中香梨果实、果叶和枝干之间相互遮挡,不易精准检测的问题,设计了一种轻量化香梨目标检测M-YOLO v7-SCSN+F模型。该模型采用MobileNetv3作为骨干特征提取网络,引入协同注意力机... 详细信息

为实现香梨自动化采摘,本文以YOLO v7-S为基础模型,针对果园中香梨果实、果叶和枝干之间相互遮挡,不易精准检测的问题,设计了一种轻量化香梨目标检测M-YOLO v7-SCSN+F模型。该模型采用MobileNetv3作为骨干特征提取网络,引入协同注意力机制(Coordinate attention,CA)模块,将YOLO v7-S中的损失函数CIoU替换为SIoU,并联合Normalized Wasserstein distance(NWD)小目标检测机制,以增强网络特征表达能力和检测精度。基于傅里叶变换(Fourier transform,FT)的数据增强方法,通过分析图像频域信息和重建图像振幅分量生成新的图像数据,从而提高模型泛化能力。实验结果表明,改进的M-YOLO v7-SCSN+F模型在验证集上的平均精度均值(mAP)、精确率和召回率分别达到97.23%、97.63%和93.66%,检测速度为69.39 f/s,与Faster R-CNN、SSD、YOLO v3、YOLO v4、YOLO v5s、YOLO v7-S、YOLO v8n、RT-DETR-R50模型在验证集上进行性能比较,其平均精度均值(mAP)分别提高14.50、26.58、3.88、2.40、1.58、0.16、0.07、0.86个百分点。此外,改进的M-YOLO v7-SCSN+F模型内存占用量与YOLO v8n和RT-DETR-R50检测模型对比减少16.47、13.30 MB。本文提出的检测模型对成熟期香梨具有很好的目标检测效果,为背景颜色相近小目标检测提供参考,可为香梨自动化采摘提供有效的技术支持。

关键词：香梨目标检测 YOLO v7 数据增强傅里叶变换注意力机制

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基于多层时变功能脑网络特征的运动想象识别

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 56-63页

作者：罗志增郑文涛杭州电子科技大学智能控制与机器人研究所浙江杭州310018

针对运动想象脑电信号(EEG)识别中信号随时间的结构动态变化与网络分离整合过程被忽视等问题,提出一种基于多层时变功能脑网络的运动想象特征提取方法.本方法截取运动想象有效片段投入EEGLAB进行信号预处理;依据滑动窗口方法,设定合适... 详细信息

针对运动想象脑电信号(EEG)识别中信号随时间的结构动态变化与网络分离整合过程被忽视等问题,提出一种基于多层时变功能脑网络的运动想象特征提取方法.本方法截取运动想象有效片段投入EEGLAB进行信号预处理;依据滑动窗口方法,设定合适长度与步长,将信号分成连续且部分重叠的时间窗口,将时间窗口截获的脑电数据生成多个脑网络,以节点间锁相值构建多层时变网络模型.首先通过多层时变网络不同层的网络拓扑分析与层间相似度量指标自适应确定其中核心网络层,提取其节点度和聚类系数用以描述网络空间功能连接;然后结合多层参与系数和多层聚类系数,描述脑电信号网络动态变化与分离整合特征,并组合两者成为多层时变脑功能网络特征向量,完成运动想象识别任务.用支持向量机识别的结果表明:基于所构建的网络特征向量分类准确率高达89.14%,高出对比所用的单层网络特征6.61%.

关键词：运动想象脑电信号(EEG) 多层网络特征提取网络拓扑

论个人生物识别信息保护中个体权利与公共利益的平衡

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法律科学（西北政法大学学报） 2024年第2期42卷 159-168页

作者：郑文阳西南政法大学行政法学院重庆401120

《个人信息保护法》是个人信息保护领域的基础性法律,个人生物识别信息则是个人信息保护类型中的特殊类型。个人生物识别信息主要包括三个核心要素,一是以自然人的生物或行为特征信息为基础,二是以身份信息为一般对比物,三是以算法匹配... 详细信息

《个人信息保护法》是个人信息保护领域的基础性法律,个人生物识别信息则是个人信息保护类型中的特殊类型。个人生物识别信息主要包括三个核心要素,一是以自然人的生物或行为特征信息为基础,二是以身份信息为一般对比物,三是以算法匹配为关键过程。据此,个人生物识别信息与一般的个人信息在权利属性、处理规则、商业化利用限制等保护层面上均存在差异。个人生物识别信息保护中,应当注重个体自由价值与公共管理价值的平衡,涉及静态与动态、个人利益与公共利益、私法保护与公法保护等诸多法律价值面向的具体法律制度的构建。为实现个人生物识别信息保护中个体权利和公共利益的平衡,应以合法性原则、安全原则和比例原则作为行政主体在处理个人生物识别信息过程中的执法原则。其中,合法性原则是基础性原则,是公共管理介入私人生活的正当性依据;安全原则是保障性原则,是抵御数据活动社会风险、保障个人信息安全的方向性路径;比例原则是核心性原则,是个人抵御行政机关过度侵入个人权益的防卫性理由。

关键词：个人隐私个人生物识别信息法律价值比例原则

探寻习近平文化思想之“第二个结合”的乡村范式

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理论与改革 2024年第1期 31-43页

作者：郑文宝南京工程学院人文与社会科学学院黑龙江大学哲学学院

乡村道德共同体建设是中华民族共同体建设的具化和深化。乡村伦理道德展现形式的多元多样并不否定其本质上的趋同,这为乡村道德共同体建设提供了逻辑可能。乡村的自治传统以及“乡规”“民约”的交替演进规律,实证着当前乡村道德共同体... 详细信息

乡村道德共同体建设是中华民族共同体建设的具化和深化。乡村伦理道德展现形式的多元多样并不否定其本质上的趋同,这为乡村道德共同体建设提供了逻辑可能。乡村的自治传统以及“乡规”“民约”的交替演进规律,实证着当前乡村道德共同体建设的现实可能。乡村道德共同体建设既要遵从马克思主义价值原则又要兼顾乡村传统,实质上就是在探寻“第二个结合”的乡村落实方案。马克思主义伦理与乡村优秀传统文化的结合是一个双向奔赴的过程,需要在厘清二者伦理互通基点的基础上,实现马克思主义伦理的乡村化以及乡村优秀传统伦理道德的马克思主义中国化。马克思主义伦理的乡村化,是指乡村道德共同体建设必须遵循马克思主义道德建设规律、蕴含马克思主义道德内容。乡村优秀传统道德的马克思主义中国化,实质上是要将耿直淳朴的乡村原生伦理,升华为理论化、系统化的马克思主义理性样态。

关键词：习近平文化思想乡村道德共同体民族文化传统 “第二个结合” 乡村范式

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微生物诱导碳酸盐沉淀修复铜污染黄土的试验研究

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岩土力学 2024年第S1期45卷 443-450页

作者：谢毅鑫郑文杰薛中飞王琳西安建筑科技大学土木工程学院西安建筑科技大学陕西省岩土与地下空间工程重点实验室

利用微生物诱导碳酸盐沉淀修复重金属污染场地是一种具有较大潜力和应用前景的修复技术。然而，由于在生物矿化应用于西北地区污染场地时黄土中富含的碳酸盐、各种矿物以及周围环境酸碱度（pH值）对重金属赋存形态影响甚剧，其中的内在... 详细信息

利用微生物诱导碳酸盐沉淀修复重金属污染场地是一种具有较大潜力和应用前景的修复技术。然而，由于在生物矿化应用于西北地区污染场地时黄土中富含的碳酸盐、各种矿物以及周围环境酸碱度（pH值）对重金属赋存形态影响甚剧，其中的内在影响机制仍有待更进一步的探究。通过一维土柱试验考虑不同Cu(II)浓度（500、2 000 mg/kg和4 000 mg/kg）来制备污染黄土试件，后通过注入不同体积（50m L和100m L）的细菌胶结液对其进行修复，以Tessier顺序提取、土壤pH值测量和X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）分析不同深度土样的修复效率。结果表明，注入细菌胶结液可将可交换态的Cu转变为生物毒性更低的赋存形态（比如碳酸盐结合态Cu），然而当Cu(II)浓度较低（500 mg/kg）时，未见类似的Cu赋存形态转变。因为土柱不同深度土样Cu赋存形态的转化与周围环境pH值紧密相关，且pH值与注入细菌胶结液的体积呈正比关系，碱性环境进一步促进了Cu和黄土中矿物的配位吸附，但是当碱性环境进一步提高时，修复效率因铜氨络合物的生成而显著降低。这些发现强调了将微生物诱导碳酸盐沉淀（microbially induced carbonate precipitation,MICP）技术应用于铜污染场地复原治理的潜力。

关键词：生物矿化铜污染黄土细菌胶结液配位吸附铜氨络合物

进步文化的坚守者——论20世纪40年代中后期的“方型期刊”《大家》

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文艺争鸣 2024年第4期 66-73页

作者：林静声复旦大学中国语言文学系博后流动站

20世纪40年代中后期历经抗战结束至新中国成立这一中国社会制度和社会结构根本性转折的前夕,促使该时期的文学发展处于特殊与复杂的变动中。上海在战后恢复了全国文化中心的位置,繁荣发展的上海文学期刊是上海文学的重要缩影。有关该时... 详细信息

20世纪40年代中后期历经抗战结束至新中国成立这一中国社会制度和社会结构根本性转折的前夕,促使该时期的文学发展处于特殊与复杂的变动中。上海在战后恢复了全国文化中心的位置,繁荣发展的上海文学期刊是上海文学的重要缩影。有关该时期的上海文学期刊研究,较有代表性的是吴福辉提出海派文学期刊的发展大体经历了“新旧合流”的过程,以40年代的《万象》杂志为代表,中国近现代通俗文学与海派文学合流,最终获得现代性品质。^((1))作为中国近现代海派文学发展的温床,上海小报促进了上海市民文化发展与市民社会形成,沟通了海派文学依托报刊传媒实现市场价值的商业性质,在海派文学的形塑中具有重要的作用和影响。“方型期刊”是上海小报在40年代中后期这一特殊文学生态环境中出现的一种“变体”,较为集中地呈现了抗战结束至中华人民共和国成立这一特殊历史时期中海派文学期刊与海派文学的特点与变化。

关键词：海派文学吴福辉文学期刊现代通俗文学《大家》坚守者商业性质《万象》

“城”与“乡”的抒情性和解——评《羊群入城》

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当代文坛 2024年第3期 104-110页

作者：林静声复旦大学中文系

中篇小说《羊群入城》是新西部乡土小说中的创新之作。叶舟超越了城乡对立的传统写作心理,通过刻画在城乡两种异质的社会与文化环境影响下的人物形象平娃、周大世与老板在身份、心理与价值观念上的特点,揭示了城乡之间在客观上存在的矛... 详细信息

中篇小说《羊群入城》是新西部乡土小说中的创新之作。叶舟超越了城乡对立的传统写作心理,通过刻画在城乡两种异质的社会与文化环境影响下的人物形象平娃、周大世与老板在身份、心理与价值观念上的特点,揭示了城乡之间在客观上存在的矛盾与冲突。在此基础上,以来自乡土的平娃和来自城市的周大世各自体现出的典型性与含混性,阐释了城乡关系本身的共通性与互渗性。叶舟最终将凝结了对美好理想追求的生命信仰作为化解城乡间客观矛盾的抒情性途径,并以此传达了自己对现实与理想关系的态度与理解。作品体现的独特价值内涵与精神向度,对西部乡土文学的纵深与多样发展具有重要意义。

关键词：叶舟《羊群入城》城与乡客观矛盾生命信仰

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基于激光干涉的多轴运动平台垂直度测量

光学精密工程 2024年第17期32卷 2654-2662页

作者：罗凯元郑文炜杨霖工业和信息化电子第五研究所计量检测中心广东广州511370

测量垂直度误差的常用方法有实物量具法、体积测量法、CCD测量法、平面光栅测量法、激光跟踪仪测量法和激光干涉仪测量法等,这几种方法普遍存在操作不简便,使用成本高或无法实现在线测量等缺点。为此,提出了一种基于激光干涉仪原理的多... 详细信息

测量垂直度误差的常用方法有实物量具法、体积测量法、CCD测量法、平面光栅测量法、激光跟踪仪测量法和激光干涉仪测量法等,这几种方法普遍存在操作不简便,使用成本高或无法实现在线测量等缺点。为此,提出了一种基于激光干涉仪原理的多轴运动平台垂直度在线测量方法,利用激光器、五角分光棱镜、五角棱镜、直线度干涉镜、直线度反射镜等组件构建了一种多轴激光干涉垂直度测量装置。通过光路设计,可以将此装置搭建于被测多轴运动平台上,从而实现高效率、高精度的垂直度在线测量。最后通过与花岗石角尺测量垂直度的方法进行精度比对测试。测试结果表明,偏差为1.4″,归一化偏差E_(n)<1,结果较理想,证明了方案的可行性。

关键词：计量学激光干涉仪垂直度多轴

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