智能采煤机器人关键技术

采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

目标探测回波模拟单元可重构测试技术研究

现有空空导弹在柔性、可重构、快速响应等设计和研制方面与国际领先水平和军事需求相比还存在严重不足。其研发系统架构和生产研制架构形式已经无法满足未来的发展需求,特别是目标探测部件等核心关键组件。重点探索目标探测部件的新型可重构测试架构形式,通过模块化、标准化和通用化的模组组合,针对不同型号产品搭建快速验证平台,完成性能测试。提出了一种目标探测部件回波模拟单元的柔性可重构测试技术,通过对目标模拟单元的可重构设计,快速形成目标探测部件测试平台。

改进的ORB-FLANN煤矸石图像高效匹配方法

针对煤矸石分拣机器人分拣煤矸石时,带式输送机输送带打滑、跑偏以及带速波动造成的目标煤矸石位姿变化,从而导致抓取失败或空抓漏抓等问题,提出了一种改进的ORB-FLANN (Oriented FAST and Rotated BRIEF-Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配方法。提出改进ORB的特征点检测方法对煤矸石识别图像与分拣图像进行特征点检测,实现快速检测图像特征点;提出改进FLANN匹配算法对图像特征点进行匹配,实现煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配。针对传统ORB方法对煤矸石图像特征检测时间长、重复率低问题,提出了改进ORB特征检测方法,提高了图像特征点检测速度和重复率;针对传统FLANN匹配方法对煤矸石图像匹配精确率低问题,提出了融合PROSAC算法的改进FLANN匹配方法,剔除错误特征匹配点对,提高了图像匹配的精确率。在自主研发的双机械臂桁架式煤矸石分拣机器人试验平台上应用文中方法、SURF特征匹配方法、HU不变矩匹配方法、SIFT特征匹配方法和ORB特征匹配方法分别进行了不同带速、尺度、旋转角度条件下的煤矸石匹配试验,结果表明:本方法的匹配率为98.2%,匹配时间为141 ms,具有匹配率高、实时性好以及鲁棒性强等特点,能够满足煤矸石识别图像与分拣图像高效精准匹配的要求。

高效低碰撞的太赫兹无线定向MAC协议

针对网络中节点在争用访问时期发送消息碰撞、时隙分配机制低效和空闲时隙浪费等问题,提出了一种高效低碰撞的太赫兹无线定向MAC协议.文中提出了3种新机制,分别是基于缓存权重的分组机制、复用竞争机制以及时隙分配机制.首先,在微网控制器(Piconet Coordinator,PNC)中生成缓存映射表记录节点的缓存情况;然后,根据缓存映射表为节点分组,节点在分组对应的时隙中进行时隙请求,PNC根据节点缓存为节点分配时隙;最后,未申请到时隙的节点利用剩余时隙进行复用竞争操作.仿真结果表明,所提出的方案有效地提高了网络的吞吐量,减少了消息碰撞率并降低了平均时延.

论适度法典化背景下动物福利立法新机遇

我国关于动物保护的法律体系无论从结构上还是从内容上看均存在诸多不完善之处。随着我国对生态文明保护、动物保护问题的日益高度重视,以及适度法典化的理念提出,制定一部符合我国国情的动物福利法的新机遇出现了。本文从适度法典化背景下动物福利立法的机遇入手,着重分析当前动物福利立法面临的外在机遇与内在机遇,并对内、外机遇影响下我国动物福利立法提出相关的探索。

实验动物福利伦理审查制度研究

随着生物安全被纳入国家安全体系,党和国家对加强生物安全管理提出新要求,亟需完善实验动物福利伦理审查制度,维护我国实验室生物安全。我国实验动物福利伦理审查制度面临着审查主体权责模糊、审查程序规范化不足以及审查监督框架缺失等现实问题。因此,为了完善我国实验动物伦理审查制度,我们应当以维护生物安全为导向,明确实验动物福利伦理审查主体权责,规范实验动物福利伦理审查程序,并建立健全实验动物福利伦理审查监督机制。

金属屋面系统交接部位防渗漏及抗风设计研究

金属屋面系统以其轻质、美观及造型多样的特点在大型公共建筑屋面项目中得到了大量应用。本文针对金属屋面系统防水和抗风性能的薄弱点,聚焦金属屋面系统的各交接部位,进行了详细的研究和分析,提出了有效的防渗漏及抗风设计方案和措施,可作为该类屋面系统设计的技术参考。

蒲公英甾醇对Erastin诱导的软骨细胞铁死亡的保护作用及机制

目的探究蒲公英甾醇(TAR)对Erastin诱导的C28/I2软骨细胞铁死亡的作用。方法用Erastin诱导C28/I2软骨细胞系构建体外软骨细胞铁死亡模型,实验分为Control组、Erastin组、TAR组、TAR+Erastin组。CCK-8法检测细胞活力;乳酸脱氢酶(LDH)试剂盒和Calcein/PI细胞活性与细胞毒性检测试剂盒检测细胞毒性;流式细胞术检测脂质活性氧(ROS)含量;谷胱甘肽(GSH)试剂盒检测细胞内GSH含量;JC-1染色和RH123染色检测线粒体膜电位;Western blot法检测铁死亡关键指标酰基辅酶A合成酶长链家族成员4(ACSL4)和谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)蛋白表达变化。结果TAR可以恢复Erastin处理导致的C28/I2软骨细胞细胞活力降低以及减少Erastin诱导的细胞毒性(P<0.01);与Control组比较,Erastin处理后细胞内脂质ROS水平升高(P<0.01),GSH含量降低(P<0.01),而TAR可以减少脂质ROS产生(P<0.01),增加GSH含量(P<0.01);TAR可以恢复铁死亡的C28/I2软骨细胞线粒体膜电位,减少ACSL4蛋白的表达(P<0.01),增加GPX4蛋白的表达(P<0.01);此外,TAR可以恢复IL-1β刺激导致的软骨细胞活力降低。结论TAR可以抑制Erastin诱导的C28/I2软骨细胞铁死亡,这一过程可能与调控ACSL4、GPX4蛋白表达有关。

基于电极等效电路模型的锂离子电池无析锂快充策略优化研究

析锂是制约石墨阳极型锂离子电池快充安全与效率的关键问题。为了保障车载电池充电安全、缓解新能源汽车里程焦虑,有必要针对锂离子电池开展无析锂快充研究。鉴于此,该文基于锂离子电池电极等效电路模型,提出一种由阳极电势观测器和充电电流控制器组成的双闭环无析锂快充策略调控方案,实现了锂离子电池的无析锂安全快充。实验结果表明,不同工况下的阳极电势平均观测误差均低于5 mV,最大误差不超过10 mV;在电流调节过程中,阳极电势到达并稳定在设定阈值+1 mV范围内的调节时间为26 s,稳态误差小于0.05 mV,并且无超调和振荡。此外,与1C恒流恒压策略相比,该策略能节省46%的充电时间,充电过程中阳极电势最低为4.8 mV,且将锂离子电池拆解后也未发现析锂,证明该策略能明显缩短充电时间并有效抑制析锂。

2-APB通过PKCα/HIF-1α信号通路抑制H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞凋亡

目的探讨2-氨基乙氧基苯硼酸(2-APB)对H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞凋亡的作用及其机制。方法实验分为Control组、H_(2)O_(2)组、2-APB组和H_(2)O_(2)+2-APB组。CCK-8法检测各组细胞活力;显微镜下观察2-APB对H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞形态变化的影响;TUNEL法和流式细胞术检测软骨细胞凋亡情况;流式细胞术检测脂质活性氧(ROS)水平;Western blot法检测2-APB对H_(2)O_(2)诱导的各组细胞中Cleaved-PARP、p-PKCα和HIF-1α蛋白的表达情况;免疫荧光法检测PKCα抑制剂BIM-Ⅰ对H_(2)O_(2)诱导的各组细胞中HIF-1α的荧光表达情况。结果2-APB对H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞凋亡具有抑制作用,且当2-APB浓度为100μmol/L时抑制效果最为显著(F=235.80,P<0.01);2-APB能够抑制H_(2)O_(2)所致软骨细胞凋亡阳性率(F=114.80,P<0.01)以及ROS的水平(F=52.99,P<0.01),并且抑制Cleaved-PARP(F=10.10,P<0.05)、p-PKCα(F=24.56,P<0.05)和HIF-1α(F=6.85,P<0.05)蛋白的表达;PKCα抑制剂BIM-Ⅰ能够抑制H_(2)O_(2)所致HIF-1α荧光强度的增加。结论2-APB可以通过抑制PKCα/HIF-1α通路减少H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞凋亡,进而保护软骨细胞。

数字化新型电力系统攻击与防御方法研究综述

随着先进数字技术、通信技术和互联网技术的发展,传统电力系统转变为数字化、自动化和高效管理的新型电力系统。然而,信息域与物理域的深度融合使新型电力系统中的网络、层次和组件变得更加复杂,大量的智能电子设备频繁访问与信息交互,更容易出现如窃取篡改数据、堵塞通信信道和破坏关键设备等恶意攻击,对新型电力系统的安全性、稳定性和经济性构成巨大威胁,引发了学术界的极大关注。首先,文中剖析了新型电力系统的结构和面临的潜在威胁,从控制层、网络层、物理层3个层面对新型电力系统攻击模式进行了深入分析。然后,详细归纳总结了新型电力系统攻击前、攻击中、攻击后的3层安全防御方法。最后,明确阐述了新型电力系统安全性研究的未来技术发展前景,为构建可靠、安全、健壮的新型电力系统提供技术支撑。

轴对称连续电性模型激电测井二维有限元数值模拟

激电测井是将电极排列置于钻孔中进行探测的一种测井方法,由于电极排列接近目标体,使得观测的异常信号较强,能够较好地划分目标体的埋藏深度。为了提高激电测井正演精度和方便激电测井电极排列的优化设计,笔者研究了轴对称连续电性介质模型的激电测井曲线二维有限元数值模拟方法。首先在轴对称坐标系下推导了稳恒电流激励异常电位满足的边值问题和变分问题,然后,根据轴对称连续电性介质模型,推导了激电测井曲线二维有限元数值模拟的理论公式,并在此基础上编制了激电测井二维有限元模拟程序,可用于模拟二极、三极和四极观测装置的激电测井曲线。最后,通过模型算例检验了程序的正确性,并分析了不同网格单元剖分尺度对激电测井曲线形态特征的影响,以及不同观测装置、不同极距下测井曲线的响应特征。研究为激电测井的电极排列设计提供了有利的辅助工具。

基于气候特征分析及改进XGBoost算法的中长期光伏电站发电量预测方法

光伏发电在能源结构中的重要性不断凸显,而提高光伏发电量预测的准确性成为当前研究的关键问题。针对中长期光伏发电量预测问题,提出一个综合利用气候预测数据的中长期光伏发电量预测方法。首先,在基于气候预测数据的发电量预测框架中,根据气候预测数据特点和预测周期划分多重子模型以充分利用气候预测数据信息。其次,在进行数据预处理后,通过对气候特征衍生与交叉、特征筛选和选择,充分挖掘气候特征的高价值信息。然后,采取一种两重多阶段超参数寻优策略,对极端梯度增强(extreme gradient boosting, XGBoost)超参数进行调整以优化预测模型。最后,在真实光伏发电量数据上,以MAPE为标准评估预测水平,验证所提中长期光伏发电量预测方法的有效性。相关实验结果表明该方法可以有效提高光伏发电量预测精度。

有机肥料及其原料可溶性盐电导率测定方法的研究

为考察不同检测环境和条件对有机肥料及其生产原料的可溶性盐电导率(EC)测定结果的影响,选用不同类型的有机肥料及其生产原料开展了试验研究。结果表明:样品称样量与EC值测定结果呈线性正相关,对EC值的测定影响最大;样品浸提温度和浸提液分离方法对EC值的测定无显著影响;振荡时间和样品浸提液放置时间对EC值的测定有显著影响,但处理间极差和相对极差较小。测定有机肥料及其生产原料EC值的条件:称样量为5.0~10.0 g,振荡时间为30~60 min,浸提液分离方式可根据实际情况选择滤纸过滤或离心分离,测定时的环境温度为25℃,样品浸提后静置30 min检测。

Fe-Si-B非晶合金电极在电芬顿法处理模拟港口含油废水中的应用

根据港口含油废水的组成,配置了含有乳化油等污染物的模拟废水,考察了Fe-Si-B非晶合金作为电芬顿体系中的阳极在降解乳化油废水中的情况,分别考察了反应时间、电流密度、初始pH值、H_(2)O_(2)投加量对反应的影响,并优化了工艺参数。实验结果表明:在反应时间为40 min、电流密度为30 mA/cm^(2)、初始pH值为3、H_(2)O_(2)浓度为20 g/L时,废水含油量去除率可达到99.91%。分析推测了电芬顿法降解乳化油废水的可能反应途径,结果表明:电芬顿体系中产生的羟基自由基的强氧化作用下将原本废水中的长链有机物部分氧化为易被生物降解的短链烷烃类有机物。为含乳化油废水的处理以及Fe-Si-B非晶合金作为电极材料的实际应用提供了良好的参考价值。

旋提手法治疗神经根型颈椎病的生物力学研究进展

神经根型颈椎病(cervical spondylotic radiculopathy,CSR)是颈椎病中最常见的类型,其病理机制可概括为筋骨的生物力学失衡。旋提手法作为目前临床治疗CSR的特色手法,可通过理筋正骨,有效地纠正颈椎“筋出槽,骨错缝”的病理状态,从而重建筋骨的生物力学平衡。本文从CSR的发病机制、旋提手法的定量研究、旋提手法治疗CSR的作用机制3个方面,对旋提手法治疗CSR的生物力学研究进展进行了综述。

电推进火星捕获能量最优平面轨迹间接法优化

电推进行星捕获由于推力小,行星捕获时间将显著增长,具有与化学推进行星捕获完全不同的特性,极大地增加了轨道优化的难度。本文围绕小推力行星捕获段控制问题,以火星探测捕获轨迹优化问题为例,基于双曲轨道参数开展不同性能指标下行星捕获开关机及控制策略研究,使用间接法求解能量最优平面轨迹优化问题得到最优控制策略,并与沿速度方向反向的控制策略进行了比较。结果表明:所提方法实现了对小推力火星捕获的优化设计,捕获后轨道相较于目标轨道的误差较小,轨道安全性能够保证。

用于船舶尾气NO_(x)治理的蜂窝状整体式NH_(3)-SCR催化剂研究进展

随着船舶运输行业的蓬勃发展,船舶尾气带来的污染也愈发严重,氮氧化物(NO_(x))为其中主要污染物。氨气-选择性催化还原(NH_(3)-SCR)是目前最有效的脱硝方法,催化剂是技术的核心部分。整体式催化剂具有机械强度高和传热性能好等特点,是应用最广泛的商业催化剂。文章综述了用于NH_(3)-SCR的船舶整体式催化剂载体的预处理方法、挤出成型法和涂层涂覆法及其优缺点,重点总结了浆料涂覆法的涂覆式催化剂研究进展。船舶排放尾气成分复杂,二氧化硫、水蒸气、颗粒物等都会对NH_(3)-SCR催化剂产生不利影响,因此对催化剂耐中毒性能机理、催化剂的SCR活性和耐复杂污染物中毒性能进行了综合分析和总结。

应用于船舶尾气NO_(x)去除的SCR催化剂涂覆工艺影响因素研究

涂覆工艺对于整体式涂覆型SCR催化剂至关重要。通过对催化剂浆料制备过程以及涂覆过程中的关键影响因素的探究,考察了分散剂、增稠剂及对应添加量、pH和固含量对浆料涂覆效果及活性测试结果的影响。通过比较不同涂覆方式、浆料搅拌时间、干燥温度及时间、成型焙烧温度及时间,对涂覆工艺进行过程优化选择。结果表明:通过最优方案制备的涂覆型催化剂在250~450℃的条件下反应活性均在85%以上,在315℃的条件下运行30 h脱硝活性仍能稳定在90%以上。系统地梳理了涂覆过程中关键参数的选择及应用,为整体式蜂窝状涂覆式催化剂的制备提供了指导。