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Accurate manipulation of anthropomorphic robotic arm based on 3D human eye gazing with posture error compensation

Science China Technological Sciences 2025年

作者： Quanlin LI xianzong wang Jiaji MA Qianjun HUANG Qizhi JIANG Wenbin CHEN Caihua XIONG State Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Equipment and Technology School of Mechanical Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology Institute of Medical Equipment Science and Engineering Huazhong University of Science and Technology

As humans and robots work closer together than ever, anthropomorphic robotic arms with intuitive human-robot interaction interfaces have drawn massive attention to improving the quality of robot-assisted manipulation. In pursuit of this,we designed a dedicated 7-degrees-of-freedom (DoF) anthropomorphic robotic arm having three compact differential joints and a head-mounted gaze tracker enabling head-pose-tracked 3D gaze estimation. Moreover, two key challenges were addressed to achieve accurate robot-assisted manipulation of the object indicated by the direction of human gaze. First, a novel predictive pupil feature was proposed for 3D gaze estimation. Differing from most existing features subjected to the common paraxial approximation assumption, the proposed novel predictive pupil feature considered the light refraction at two corneal surfaces with a more realistic eye model, significantly improving the 3D gaze estimation accuracy when the eyeball rotates at large angles. Second, a novel optimization-based approach was developed to efficiently compensate for the posture errors of the designed 7-DoF anthropomorphic robotic arm for accurate manipulation. Compared with the existing Jacobian-based or optimization-based approaches with nominal joint values as iteration initial, the proposed approach computed the optimal iteration initial and realized faster convergence for real-time posture error compensation. With the posture error compensation in real time and 3D gaze estimated accurately, the human can command accurate robot-assisted manipulation using his eyes intuitively. The proposed system was successfully tested on five healthy subjects.

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Comparative review of corrosion-resistant coatings on metal bipolar plates of proton exchange membrane fuel cells

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第12期31卷 2627-2644页

作者： Jiaming Liu Qian Hu Sandrick Sabola Yue Zhang Biao Du xianzong wang Research&Development Institute of Northwestern Polytechnical University in Shenzhen Shenzhen 518057China State Key Laboratory of Solidification Processing Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China Shaanxi Coal Chemical Industry Technology Research Institute Co. Ltd.Xi’an 710065China

In the realm of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),the bipolar plates(BPs)are indispensable and serve pivotal roles in distributing reactant gases,collecting current,facilitating product water removal,and cooling the *** BPs,characterized by outstanding manufacturability,cost-effectiveness,higher power density,and mechanical strength,are emerging as viable alternatives to traditional graphite *** foremost challenge for metal BPs lies in enhancing their corrosion resistance and conductivity under acidic conditions,necessitating the application of various coatings on their surfaces to ensure superior *** review summarizes and compares recent advancements in the research of eight distinct types of coatings for BPs in PEMFCs,including noble metal,carbide,ni-tride,and amorphous carbon(a-C)/metal compound composite *** various challenges encountered in the manufacturing and fu-ture application of these coatings are also delineated.

关键词： proton exchange membrane fuel cells metallic bipolar plate coatings corrosion resistance interfacial contact resistance

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P91钢在高流速液态铅铋介质中的冲蚀行为

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1812-1825页

作者：李季声王彦斐王显宗西北工业大学材料学院西安710072

基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE... 详细信息

基于第四代核能系统的发展和需求,铅冷快中子反应堆(Lead-cooled fast reactor,LFR)是下一步优先发展的6种主要堆型之一.铅冷快堆以液态纯铅(Lead)或铅铋共晶合金(Lead-bismuth eutectic,LBE)作为冷却剂,然而在高温、高流速条件下,LBE与结构材料的冲刷腐蚀磨损严重限制了其工程应用.本文以P91钢为研究对象,在相对流速为5 m·s^(−1),温度分别为350℃和450℃,不进行控氧处理的LBE中进行了3000 h的动态测试.研究发现,350℃时P91钢表面生成的氧化层为多层结构:从外到内分别为疏松的Fe_(3)O_(4)层、Fe–Cr尖晶石层、内氧化区(Internal oxidation zone,IOZ),合金表面氧化层经历了“生成—剥落—再生成”的动态平衡过程.当介质温度为450℃时,试样表面氧化腐蚀现象更加严重,但是不同冲击迎角区域的试样表面腐蚀特征有较大差异.试样表面损伤的严重程度排序为:30°>90°>−90°.30°迎角区域氧化层完全剥落,且LBE渗透入基体;90°迎角区域部分氧化层剥落,内部基体未受到LBE侵蚀;−90°迎角区域氧化层结构保持完整.本文分析了P91钢在高流速(5 m·s^(−1))LBE中的冲蚀行为,阐明了合金氧化层的生成和剥落机制,可以为我国第四代核反应堆LFR结构或包壳材料研发及其在LBE中腐蚀机制研究提供一定实验数据与参考.

关键词：铅冷快中子反应堆铅铋共晶合金 P91钢氧化冲蚀迎角

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虹鳟ep300/crebbp基因家族不同拷贝的功能分化

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大连海洋大学学报 2022年第3期37卷 376-385页

作者：王宪宗刘青李澍山西农业大学动物科学学院山西太谷030801 吕梁市农业农村局山西吕梁033099

为研究虹鳟Oncorhynchus mykiss ep300/crebbp基因家族的拷贝数变异、功能分化及与低氧应答的关联,通过TBLASTN和BLASTP搜索及重构进化树,确定该家族的拷贝数及与其直系同源的斑马鱼Danio rerio基因,基于对原始转录组测序数据的统计获... 详细信息

为研究虹鳟Oncorhynchus mykiss ep300/crebbp基因家族的拷贝数变异、功能分化及与低氧应答的关联,通过TBLASTN和BLASTP搜索及重构进化树,确定该家族的拷贝数及与其直系同源的斑马鱼Danio rerio基因,基于对原始转录组测序数据的统计获得这些拷贝的组织表达谱及共表达基因,并对共表达基因进行GO富集分析,最后通过CDD搜索、多重序列比对及三维结构建模比较这些拷贝所编码蛋白质的变异程度。结果表明:虹鳟的ep300/crebbp家族有8个成员(ep300aa~ep300bb,crebbpaa~crebbpbb),其均由全基因组重复事件所形成,对应于斑马鱼的4个成员,可分为4对ohnologs;不同的ohnolog对之间在组织表达谱、编码蛋白质的一级结构和三级结构存在较大差异,而同一对ohnologs内部的2个拷贝在这些方面差异较小;这8个成员拥有数量不等的独有共表达基因,这些共表达基因所富集的与结合、修饰、应对压力/刺激和耐低氧相关的GO条目的数量均存在较大差异;ep300ba和ep300bb属于一对ohnologs,但它们编码的蛋白质保守结构域中存在35处变异,数量远大于其他ohnolog对,且只有ep300bb的共表达基因能富集到与应对压力/刺激和耐低氧相关的GO条目。研究表明,相较于其他ep300/crebbp家族成员,虹鳟ep300bb的进化速度较快,且与耐低氧性能相关性更大,可作为虹鳟遗传改良的重要候选基因。

关键词：虹鳟 ep300/crebbp 全基因组重复低氧共表达基因组织表达

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以强化输入为导向的专业外语教学模式改革

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黑龙江水产 2021年第5期40卷 39-42页

作者：王宪宗山西农业大学动物科学学院山西太谷030801

专业外语是水产专业本科生培养体系中非常重要的一门基础课程,但各种客观的不利因素导致其预期价值难以实现。本文对专业外语的教学目标及内容进行了再思考,提出了以强化学生课堂输入为导向的教学模式,并探讨了如何通过应用先进技术手... 详细信息

专业外语是水产专业本科生培养体系中非常重要的一门基础课程,但各种客观的不利因素导致其预期价值难以实现。本文对专业外语的教学目标及内容进行了再思考,提出了以强化学生课堂输入为导向的教学模式,并探讨了如何通过应用先进技术手段和激发学生的主观能动性来实现这一教学模式改革。

关键词：专业外语外文文献高频词词云

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水稻立枯病抗性资源筛选

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西北农业学报 2018年第4期27卷 518-527页

作者：王显宗孙健关永鑫邹德堂东北农业大学农学院哈尔滨150030

利用黑龙江省226份水稻种质资源进行苗期耐立枯病的鉴定,以轮枝镰刀菌为供试菌株,采用人工接种,筛选得到不同表现值的抗源材料。鉴定结果表明:鉴定筛选出高抗品种12份,分别为‘龙粳20号’‘东农429’‘富士光’‘龙稻5号’‘龙粳27号’... 详细信息

利用黑龙江省226份水稻种质资源进行苗期耐立枯病的鉴定,以轮枝镰刀菌为供试菌株,采用人工接种,筛选得到不同表现值的抗源材料。鉴定结果表明:鉴定筛选出高抗品种12份,分别为‘龙粳20号’‘东农429’‘富士光’‘龙稻5号’‘龙粳27号’‘垦稻18’‘黑粳2号’‘龙粳21号’‘朴洪根稻’‘石狩白毛’‘垦稻9’‘垦稻11’,占资源总数的5.31%;中抗品种29份,占总数的12.83%;中感品种为63份,占总数的27.88%;感病品种99份,占总数的43.81%;高感品种为‘合江11号’‘东农420’‘牡丹江31号’‘合江10号’‘东农419’等23份,占资源总数的10.18%,但没有发现免疫品种。

关键词：水稻种质资源立枯病轮枝镰刀菌

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虹鳟hif-1a基因家族的拷贝数变异及分歧进化

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河南农业科学 2021年第11期50卷 153-161页

作者：王宪宗宋晶杨春娟山西农业大学动物科学学院山西太谷030801 山西省水产技术推广站山西太原030002

为深入阐明虹鳟不耐低氧的分子机制,采用BLAST搜索、重构最大似然树来确定其hif-1a家族的拷贝数,并对这些拷贝的组织表达谱、共表达基因及其所富集的GO条目、编码蛋白质的保守结构域分布及部分结构域的三维结构进行比较。结果显示,虹鳟... 详细信息

为深入阐明虹鳟不耐低氧的分子机制,采用BLAST搜索、重构最大似然树来确定其hif-1a家族的拷贝数,并对这些拷贝的组织表达谱、共表达基因及其所富集的GO条目、编码蛋白质的保守结构域分布及部分结构域的三维结构进行比较。结果显示,虹鳟的hif-1a有2个拷贝,与它们直系同源的斑马鱼基因均是hif-1aa。2个hif-1a拷贝的组织表达谱存在显著的分化,它们的共表达基因数量及所富集的与血管生成、细胞增殖、物质运输和代谢相关的GO条目数量也存在较大差异;它们所编码的蛋白质均拥有5个保守结构域,C-TAD结构域三维结构均存在结构创新,但bHLH结构域的三维结构存在较大差异。综上,虹鳟在较近的全基因组重复事件之前丢失了hif-1ab,现有的2个hif-1aa拷贝在朝亚功能化方向快速进化,某些地理种群中可能已经存在有利于提高耐低氧性能的基因型。

关键词：虹鳟 hif-1a基因家族低氧全基因组重复共表达基因亚功能化

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微纳结构对阳极氧化铝超滑表面长期耐蚀性的影响机制研究

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中国腐蚀与防护学报 2023年第4期43卷 773-780页

作者：胡倩高佳仪郭瑞生史俊勤王显宗西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心西安710072

通过调控Al的阳极氧化工艺并填充润滑油,制备了3种不同微纳结构的超滑表面。采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量、电化学阻抗谱(EIS)测试和计算模拟等方法研究了阳极氧化铝(AAO)微纳结构对超滑表面疏水性、耐蚀性和稳定性的影响。结... 详细信息

通过调控Al的阳极氧化工艺并填充润滑油,制备了3种不同微纳结构的超滑表面。采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量、电化学阻抗谱(EIS)测试和计算模拟等方法研究了阳极氧化铝(AAO)微纳结构对超滑表面疏水性、耐蚀性和稳定性的影响。结果表明,相比于纳米孔和纳米扩孔结构,纳米线结构超滑表面在模拟海水中持续浸泡240 d后的EIS阻抗模值(|Z|_(0.01 Hz))仍稳定在108Ω·cm^(2)。理论分析显示,纳米线结构可储存更多的润滑油,并且致密线结构的阻拦效应及其与润滑油高的相互作用能显著减缓润滑油的流失,因而纳米线结构超滑表面表现出极为优异的耐蚀稳定性。

关键词：微纳结构阳极氧化铝超滑表面耐腐蚀性稳定性

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仿生叠层构型石墨烯对铝基复合材料的纳米摩擦性能的影响

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摩擦学学报 2022年第2期42卷 338-346页

作者：叶雯婷周青罗大微李赞陈小林王显宗王海丰管仁国西北工业大学凝固技术国家重点实验室先进润滑与密封材料研究中心陕西西安710072 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 大连交通大学连续挤压教育部工程研究中心辽宁大连116028

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite,BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能.鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对... 详细信息

利用纳米压痕和纳米划痕试验表征了仿生叠层构型铝基石墨烯复合材料(Bio-inspired laminated graphene reinforced aluminum martrix composite,BAMC)与纯铝的力学性能和摩擦磨损性能.鉴于摩擦力由黏着作用和犁沟作用两分量共同组成,对比探究了BAMC与纯铝在微观摩擦磨损过程中的弹塑性转变过程,分析了黏着作用与犁沟作用在摩擦力中的贡献度,揭示了其微观摩擦磨损机制.结果表明:相较于纯铝,BAMC的纳米硬度提高了约24%,总摩擦系数(Friction coefficient)降低了约28%,黏着作用分量和犁沟作用分量分别降低了32%和16%.换言之,复合材料中的异质界面产生异质变形诱导强化,进而增强了应变硬化,使仿生叠层石墨烯铝基复合材料的硬度得到明显提升,并且仿生叠层构型的石墨烯主要通过降低黏着作用来实现减磨.从微纳米尺度揭示了BAMC的力学性能和摩擦磨损性能显著提升的机理,可为提升其摩擦磨损性能提供理论依据.目前的工作通过纳米划痕和纳米压痕强调了叠层结构石墨烯的添加对块体复合材料的摩擦性能的影响,并表明仿生叠层构型铝基石墨烯是搭建仿生叠层结构的小尺寸理想增强体.

关键词：石墨烯金属基复合材料仿生构型纳米摩擦性能硬度

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基于灰色关联理论与经验模态分解的光伏出力超短期预测

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中国电力 2017年第12期50卷 159-164+172页

作者：索春梅孙健张宗峰王贤宗哈尔滨电力职业技术学院国网北京市电力公司电力科学研究院国网山东省电力公司日照供电公司国网山东省电力公司临沂供电公司

光伏出力受太阳辐照度、温度、瞬时云团等影响,出力序列呈现明显的非平稳特性,给预测工作带来难度。为降低出力波动性对预测效果的影响,满足光伏出力超短期预测对预测精度的需要,提出两阶段构建输入样本的方法,首先使用灰色关联度理论... 详细信息

光伏出力受太阳辐照度、温度、瞬时云团等影响,出力序列呈现明显的非平稳特性,给预测工作带来难度。为降低出力波动性对预测效果的影响,满足光伏出力超短期预测对预测精度的需要,提出两阶段构建输入样本的方法,首先使用灰色关联度理论构建待预测日的相似日样本集合,再使用经验模态分解法拆解相似日历史出力,得到振动模态相对平稳的本征模函数及剩余分量后,使用支持向量机模型对每个分量进行滚动预测,最后将预测结果重构得到下一时刻的点预测值。实例证明,该组合模型的均方根误差可达到1.93,实现了较高精度,可以为光伏出力调度工作提供更多决策依据。

关键词：灰色关联理论经验模态分解光伏超短期预测

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