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Bio-inspired Design and Inverse Kinematics Solution of an Omnidirectional Humanoid Robotic Arm with Geometric and Load Capacity Constraints

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Journal of Bionic Engineering 2024年第2期21卷 778-802页

作者： zhichao zhu Zirong Luo Yiming zhu Tao Jiang Minghai Xia Shanjun Chen Boyu Jin College of Intelligence Science and Technology National University of Defense TechnologyChangshaChina

Inspired by the driving muscles of the human arm,a 4-Degree of Freedom(DOF)concentrated driving humanoid robotic arm is proposed based on a spatial double parallel four-bar *** four-bar mechanism design reduces the inertia of the elbow-driving unit and the torque by 76.65%and 57.81%,*** the human pose regulation strategy that the human arm picks up a heavy object by adjusting its posture naturally without complicated control,the robotic arm features an integrated position-level closed-form inverse solution method considering both geometric and load capacity *** method consists of a geometric constraint model incorporating the arm angle(φ)and the Global Configuration(GC)to avoid joint limits and singularities,and a load capacity model to constrain the feasible domain of the arm ***,trajectory tracking simulations and experiments are conducted to validate the feasibility of the proposed inverse solution *** simulated maximum output torque,maximum output power and total energy consumption of the robotic arm are reduced by up to 2.0%,13.3%,and 33.3%,*** experimental results demonstrate that the robotic arm can bear heavy loads in a human-like posture,effectively reducing the maximum output torque and energy consumption of the robotic arm by 1.83%and 5.03%,respectively,while avoiding joints beyond geometric and load capacity *** proposed design provides a high payload–weight ratio and an efficient pose control solution for robotic arms,which can potentially broaden the application spectrum of humanoid robots.

关键词： Humanoid robotic arm Bio-inspired design Inverse kinematics solution Load capacity constraint Geometric constraint

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基于改进切线角理论的十堰市变质岩滑坡预警阈值研究

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自然灾害学报 2024年第3期33卷 167-177页

作者：朱智超曾斌何文武于义军梅红专中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 湖北省地质局冶金地质勘探大队湖北十堰442000

十堰市地形地貌复杂,地层岩性多变,变质岩广泛分布,区内滑坡灾害多发。为减轻滑坡灾害带来的严重危害,实现滑坡灾害的准确预警,基于改进切线角理论,结合累积加速度及累积加加速度,选取十堰市4个已发生破坏的变质岩滑坡地表位移监测数据... 详细信息

十堰市地形地貌复杂,地层岩性多变,变质岩广泛分布,区内滑坡灾害多发。为减轻滑坡灾害带来的严重危害,实现滑坡灾害的准确预警,基于改进切线角理论,结合累积加速度及累积加加速度,选取十堰市4个已发生破坏的变质岩滑坡地表位移监测数据。通过绘制其T-t曲线、累积加速度-时间曲线、累积加加速度-时间曲线,分析得到了十堰市变质岩滑坡蠕滑阶段的综合划分结果。确定临滑预警阈值判据为:T-t曲线切线角大于等于80°、累积加速度大于0,并且增长保持较大正值、累积加加速度大于0,且连续增长或保持高值。研究成果对十堰市变质岩滑坡的监测预警工作具有重要意义,同时也可为其他类型滑坡的监测预警阈值研究提供参考。

关键词：滑坡改进切线角变质岩预警阈值变形速率

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高光谱成像与短视频成像结合机器学习应用于检测防火涂料的一致性

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涂料工业 2024年第3期54卷 46-53页

作者：岳鑫朱智超宋惟然赵敏王霁中国人民警察大学河北廊坊065000 国核湛江核电有限公司广东湛江524000 清华大学能源与动力工程系北京100084

为了快速识别市场常见的防火涂料品牌,结合光谱成像与机器学习,提出了2种快速检测防火涂料一致性的方法。采用高光谱成像和短视频成像技术,测量了7种品牌防火涂料样品的光谱,利用主成分分析法对光谱数据进行降维,表明各品牌存在可分性... 详细信息

为了快速识别市场常见的防火涂料品牌,结合光谱成像与机器学习,提出了2种快速检测防火涂料一致性的方法。采用高光谱成像和短视频成像技术,测量了7种品牌防火涂料样品的光谱,利用主成分分析法对光谱数据进行降维,表明各品牌存在可分性。对光谱数据进行预处理、划分训练集和测试集后,评估常用机器学习方法的分类准确度,包括最小二乘判别分析、支持向量机等。结果表明:将光谱成像技术与机器学习结合,能够准确地区分防火涂料的品牌。短视频成像仅需智能手机即可实现光谱采集,具有技术成本低、操作便捷等优势,该技术与机器学习结合,在现场原位检测防火涂料的一致性有更广阔的应用前景。

关键词：防火涂料高光谱成像短视频成像机器学习分类

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多火焰燃烧相互耦合作用研究

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中国人民警察大学学报 2024年第8期40卷 42-48页

作者：朱智超杨景辉中国人民警察大学河北廊坊065000 国核湛江核电有限公司广东湛江524000

为研究多火焰共同燃烧时相互作用规律,从试验和理论分析两个方面对蜡烛燃烧耦合模式的影响因素进行研究。结果表明:当燃烧火焰相互靠近时会出现复杂振荡行为,该行为包括同相位同步振荡、反相位同步振荡和特殊的死亡模式;蜡烛间距、数量... 详细信息

为研究多火焰共同燃烧时相互作用规律,从试验和理论分析两个方面对蜡烛燃烧耦合模式的影响因素进行研究。结果表明:当燃烧火焰相互靠近时会出现复杂振荡行为,该行为包括同相位同步振荡、反相位同步振荡和特殊的死亡模式;蜡烛间距、数量、对称性和拓扑结构是影响燃烧火焰之间相互耦合作用的主要因素;耦合模式由蜡烛间距决定,而蜡烛数量和拓扑结构对火焰振荡频率和亮度产生影响。

关键词：蜡烛火焰影响因素相互作用距离拓扑结构蜡烛数量耦合

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重复受热条件下木材防火涂料有效性研究

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消防科学与技术 2024年第1期43卷 103-106页

作者：郑兰芳朱智超王霁韩海云中国人民警察大学防火工程学院河北廊坊065000 国核湛江核电有限公司广东湛江524000

针对P-N-C防火阻燃体系的氨基树脂涂料,为探究以表面涂覆法进行阻燃处理后所受热辐射强度对木材防火涂料性能的影响,采用锥形量热仪与同步热分析仪开展试验,提出炭层二次加热法,有效检验了不同火灾情况下防火涂料的阻燃性能,并以热重分... 详细信息

针对P-N-C防火阻燃体系的氨基树脂涂料,为探究以表面涂覆法进行阻燃处理后所受热辐射强度对木材防火涂料性能的影响,采用锥形量热仪与同步热分析仪开展试验,提出炭层二次加热法,有效检验了不同火灾情况下防火涂料的阻燃性能,并以热重分析技术检验结论的可靠性。通过涂料的热重分析、涂覆试样的二次辐射加热数据分析得出,涂料在575~750℃温度范围内完全炭化,进入相对稳定阶段。对比分析此温度范围对应的35 kW/m2辐射强度下,涂覆试样二次加热的引燃时间、热释放速率、总产烟量、火灾增长指数等参数,得出此条件下膨胀炭层的阻燃性能最佳。

关键词：膨胀型防火涂料木材防火涂料热辐射强度重复受热热重分析锥形量热仪

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新型抑制剂木质素磺酸钙在赤铁矿和绿泥石浮选分离中的应用

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金属矿山 2024年第7期 87-93页

作者：郭风芳朱智超张鹏鹏杨婷陈洲海南矿业股份有限公司海南海口572700 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000

绿泥石属于层状含铁硅酸盐脉石矿物,与赤铁矿性质接近难以分离,通过单矿物浮选及人工混合矿浮选、吸附量测试、接触角测量、Zeta电位测试、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究了木质素磺酸钙(CLS)作为赤铁矿/绿泥石浮选抑制剂的... 详细信息

绿泥石属于层状含铁硅酸盐脉石矿物,与赤铁矿性质接近难以分离,通过单矿物浮选及人工混合矿浮选、吸附量测试、接触角测量、Zeta电位测试、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究了木质素磺酸钙(CLS)作为赤铁矿/绿泥石浮选抑制剂的可行性和产生吸附的主要机制。浮选试验结果证明,在pH=10、CLS用量为60 mg/L情况下能有效选择抑制绿泥石,但对赤铁矿的抑制效果不明显,CLS可作为赤铁矿与绿泥石分离的抑制剂。CLS吸附在绿泥石表面,使绿泥石表面显著亲水,同时阻碍了捕收剂十二胺(DDA)在绿泥石表面的吸附。在浮选过程中,CLS的大量磺酸基团吸附在绿泥石表面,改变了绿泥石的表面环境,Ca离子也吸附在绿泥石表面并促进了反应的进行。

关键词：绿泥石赤铁矿浮选抑制剂木质素磺酸钠

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某选铁尾矿有价元素回收及资源化利用

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烧结球团 2024年第2期49卷 90-98页

作者：郭风芳兰舟朱智超张少平赵强张鹏羽海南矿业股份有限公司海南昌江571927 中冶长天国际工程有限责任公司湖南长沙410205

“双碳”背景下,尾矿综合利用技术已进入新阶段,不仅可以通过选矿回收尾矿中的有价元素,同时以尾矿粉用作水泥混凝土掺合料的尾矿资源化利用技术也具有发展前景。本文以选铁尾矿为对象,先通过选矿工艺回收其中有价元素,再探究选矿过程... 详细信息

“双碳”背景下,尾矿综合利用技术已进入新阶段,不仅可以通过选矿回收尾矿中的有价元素,同时以尾矿粉用作水泥混凝土掺合料的尾矿资源化利用技术也具有发展前景。本文以选铁尾矿为对象,先通过选矿工艺回收其中有价元素,再探究选矿过程产生的<5 mm细粒级尾矿粉用作掺合料置换水泥的可行性。试验结果表明:该尾矿经破碎筛分到合适粒度后,通过磁选可以得到铁品位为32.44%、回收率为35.03%的铁精矿;再用<5 mm细粒级尾矿粉用作掺合料置换水泥,当替代率为10%时得到的混凝土力学性能保持稳定,抗压强度达到未掺混凝土的95%以上,抗折强度达到未掺混凝土的99%以上。本文创新性地将选矿回收与混凝土原料制备相结合,既富集回收了铁精矿,避免了资源浪费,同时也缓解了铁尾矿堆积造成的环境污染问题,整体实现了该选铁尾矿中有价元素的回收及资源化利用,为该类型资源的综合利用提供一定依据和技术指导。

关键词：选铁尾矿有价元素回收力学性能资源化利用

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国内某赤铁矿矿石工艺矿物学研究

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现代矿业 2024年第6期40卷 143-146页

作者：郭风芳朱智超兰舟黄秋菊海南矿业股份有限公司海南省昌江县572700 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心

为给国内某赤铁矿矿石可选性试验提供依据,进行了工艺矿物学研究。矿石铁品位为34.16%,主要有用铁矿物赤铁矿含量为40.66%,次要铁矿物褐铁矿含量为9.90%。矿石构造主要有块状构造、浸染状构造和条带状构造,矿石结构主要为针状结构、网... 详细信息

为给国内某赤铁矿矿石可选性试验提供依据,进行了工艺矿物学研究。矿石铁品位为34.16%,主要有用铁矿物赤铁矿含量为40.66%,次要铁矿物褐铁矿含量为9.90%。矿石构造主要有块状构造、浸染状构造和条带状构造,矿石结构主要为针状结构、网眼状结构、包含结构、粒状结构、浸染状结构、斑状结构、交代结构。赤铁矿主要呈针状、纤维状集合体与脉石矿物共生嵌布,嵌布粒度5~30μm。褐铁矿主要呈胶状或斑状嵌布,嵌布粒度0.07 mm以下。赤铁矿、褐铁矿在-0.01 mm粒级分布率分别为46.48%、27.14%,这部分微细粒铁矿物很难完全解离。石英的嵌布粒度粗细不均,在-0.07 mm粒级分布率为53.91%,这部分石英呈碎屑状、细粒浸染状分布于铁矿物中,不易和铁矿物解离。根据分析结果,推荐采用阶段磨选工艺选别。

关键词：赤铁矿工艺矿物学嵌布特征单体解离度

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海南某铁矿工艺矿物学特征及磁选工艺优化研究

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矿业研究与开发 2024年第1期44卷 197-201页

作者：朱智超张少平兰舟黄正均王梓力刘佳兴马驰海南矿业股份有限公司海南昌江县572700 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

针对海南某铁矿矿源变化导致选矿产品质量下降的问题,通过现场取样,对原矿进行了工艺矿物学研究,获取了矿物组成及质量分数,分析了主要矿物工艺矿物学特征,开展了破碎分级与磁选干抛试验。研究结果表明:矿石主要组成为石英以及含铁矿物... 详细信息

针对海南某铁矿矿源变化导致选矿产品质量下降的问题,通过现场取样,对原矿进行了工艺矿物学研究,获取了矿物组成及质量分数,分析了主要矿物工艺矿物学特征,开展了破碎分级与磁选干抛试验。研究结果表明:矿石主要组成为石英以及含铁矿物,其中,磁铁矿占总矿物质量分数的8.4%,内部铁的分布率高达59.86%,磁铁矿与其他铁矿物的连生较少,但与石英嵌镶紧密,对选矿不利,应着重加强磨矿强度。破碎分级与磁选干抛试验表明:原矿进行破碎分级后获得10~20mm与-5mm两个粒级的产品,根据粒级确定最佳磁选条件,10~20mm粒级原矿最佳的磁场强度应定于0.15T,-5mm粒级原矿最佳的磁场强度应定于0.1 T。工艺优化后铁精矿产品品位达30%以上,产率达到17.37%,铁回收率为38.35%;机制砂产率为27.07%,碎石产率为55.56%,达到了矿山充分高效利用矿石资源的要求。

关键词：超贫磁铁矿工艺矿物学特征磁选干抛机制砂碎石工艺优化

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Photoluminescence Enhancement of Aluminum Ion Intercalated MoS_(2)Quantum Dots

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化学物理学报(英文) 2023年第5期36卷 593-600,I0002页

作者： Yanmin Kuang Wenli He zhichao zhu Yaru Chen Dongwei Ma Xiaojuan Wang Lijun Guo Yulu He Zhen Chi Xia Ran Luogang Xie School of Physics and Electronics International Joint Research Laboratory of New Energy Materials and Devices of Henan ProvinceHenan UniversityKaifeng 475004China School of Physics and Electronic Engineering Zhengzhou University of Light IndustryZhenzhou 450002China Key Laboratory for Special Functional Materials of Ministry of Education Henan UniversityKaifeng 475004China

Low photolumines-cence(PL)quantum yield of molybdenum disulfide(MoS_(2))quan-tum dots(QDs)has lim-ited practical applica-tion as potential fluores-cent ***,we report the intercalation of aluminum ion(Al^(3+))to enhance the PL of MoS_(2)QDs and the un-derlying *** detailed characterization and exciton dynamics study,we suggest that additional surface states including new emission centers have been effectively introduced to MoS_(2)QDs by the Al^(3+)*** synergy of new radiative pathway for exciton re-combination and the passivation of non-radiative surface traps is responsible for the en-hanced fluorescence of MoS_(2)*** findings demonstrate an efficient strategy to improve the optical properties of MoS_(2)QDs and are important for understanding the regulation effect of surface states on the emission of two dimensional sulfide QDs.

关键词： Molybdenum disullfide Quantum dot Photoluminescence enhancement Exci-ton dynamics

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