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关键词： 欠驱动爬楼梯机构   平衡控制   滑模控制   干扰自适应   径向基神经网络  

摘要： 随着信息化时代和机器人时代的到来,任务类型和使用场景变得更加多元化,因此机器人不仅仅局限于满足特定环境下的单一需求。作为最成熟、应用最为广泛的轮式结构也更多的被机器人使用而赋予了复杂地形下的运动能力。在结构复杂度、承载能力和速度性能等方面,轮式结构在结构化环境下具有独特的优势。但是在半结构化、非结构化环境下,传统的轮式结构很难满足使用需求。同时,机器人在工作过程中,随着任务和通行环境复杂程度的增加,需要对环境进行感知来保证机器人通行的稳定与安全,对环境感知的依赖增加的同时,系统的冗杂程度也随之增加。本文针对上述问题,从欠驱动机构设计、机器人模型建立、平衡算法搭建和仿真实验等方面开展对常见机器人使用场景(平地和台阶场景)下的轮式运动平台的研究,完成了星形轮式爬楼梯机器人的设计工作,以及平衡控制方法的提出和验证工作。本文的主要研究内容如下:(1)完成了星形轮式爬楼梯机器人的设计和样机搭建工作。基于星形轮系、差动原理和倒立摆原理设计了创新机构并应用于机器人,使得运动模式可以在平地和台阶两种矛盾的环境下自适应自调整,在高速度和高力矩两种模式间智能切换。机构的欠驱动特性,使得机器人可以被动适应环境的变化,机器人具备了根据场景智能选择运动模式和动力输出模式能力的同时,运动机构的柔性也使得机器人对环境的变化不敏感,因此在通行过程(尤其是台阶攀爬过程)中,不需要对环境信息进行精确的检测和建模,降低了机器人对环境检测的依赖以及系统的复杂性。(2)提出了迁移项等效干扰的动力学建模策略。根据系统特点,在机器人动力学模型的建立过程中,将模型向目标模型迁移,并将差异项等效为干扰。两输入四输出的系统等效成为外加有界干扰的一输入两输出系统,一定程度上降低机器人模型的复杂程度。(3)基于等效模型提出了径向基(Radial Basis Function,RBF)网络干扰补偿的解耦滑模算法。首先通过解耦算法对模型进行了解耦,并使用RBF神经网络对不确定性因素和模型建立过程中的等效干扰进行了补偿,最终结合滑模算法实现了机器人的平衡控制算法搭建。同时由于平衡控制算法中没有轮系状态的直接参与,在机器人通行过程中对环境作用具有不敏感的特性,同样也降低了通行过程中对环境检测的依赖。(4)完成了机器人的样机仿真和实物实验工作。通过Matlab和Matlab/Adams环境下的仿真和机器人的实物实验在机构可行性、模型准确性、平衡控制算法有效性等方面得到了验证,验证了平衡算法在收敛速度和抗干扰能力方面的优越性,也证明了机器人在平地和楼梯环境中具备良好的通行能力和运动模式的自选择能力。同时,在不对场景检测的条件下完成的不同路段(坑洼、斜坡、上下台阶)的实验,也证明了通过欠驱动机构的柔性特性和RBF神经网络自适应干扰来降低对环境检测依赖的可行性。

关键词： 润滑脂   基础油类型   摩擦特性   润滑机理  

摘要： 本文主要研究了充分供脂条件下不同基础油类型润滑脂的高剪切率弹流摩擦特性和润滑机理。使用MTM2微牵引力试验机,模拟润滑脂在滚动轴承中的工作状态,测试了在不同工况下润滑脂及其基础油的擦系数,通过控制单一变量法,研究了单一工况对润滑脂摩擦特性的影响。分析了三种润滑脂摩擦系数的区别,对比了同种工况下润滑脂与其基础油的摩擦系数,使用高倍电子显微镜、扫面电镜和红外光谱仪进行了润滑机理分析。根据试验需要,制备了三种基础油以及三种不同基础油类型的锂基润滑脂,分别为PAO合成油、多元醇酯类油和石蜡基矿物油以及三种相应的锂基润滑脂。对三种基础油的黏温特性进行了研究,并用Vogel黏温模型对试验测得的运动黏度-温度模型进行拟合,结果实测模型和计算得到的模型吻合度较高,然后分别建立了PAO合成油、多元醇酯类油和石蜡基矿物油的Vogel黏温模型。研究了工况条件对三种润滑脂及其基础油摩擦特性的影响。试验结果发现:润滑脂及其基础油的摩擦系数随着滚动速度的增加而减小,并且随着滚动速度的增加三种基础油摩擦系数的下降幅度也和它们相对应的润滑脂的摩擦系数下降幅度也相似;润滑脂及其基础油的摩擦系数随着载荷的增加而增加,其中,在高滑滚比下,矿物油锂基润滑脂和矿物油的摩擦系数下降趋势明显,摩擦系数下降幅度最大,热效应明显,另外矿物油和多元醇酯类油摩擦系数的下降幅度要大于矿物油锂基润滑脂和多元醇酯类油锂基润滑脂摩擦系数的下降幅度;润滑脂及其基础油的摩擦系数随着环境温度的升高而减小,但是随着环境温度的升高,三种基础油摩擦系数的下降幅度要大于它们相对应的润滑脂摩擦系数的下降幅度。研究了基础油类型对润滑脂摩擦特性的影响,并对润滑机理进行了分析。试验结果发现:在这三种润滑脂中PAO锂基润滑脂的摩擦系数最小,矿物油锂基润滑脂的摩擦系数最大;同时PAO合成油的摩擦系数最小,矿物油摩擦系数最大,并且在相同工况下润滑脂和基础油的摩擦系数相近,基础油对润滑脂的摩擦特性有很大的影响。通过高倍电子显微镜发现,同种工况下不同润滑脂接触滚道上的油脂分布不同,通过扫描电镜发现,不同基础油类型的锂基润滑脂的三维骨架结构不同。使用红外光谱仪对接触滚道中的润滑脂成分进行了红外光谱分析,分析了三种润滑脂成分的差异,并未发现润滑脂变质现象。

关键词： 新材料   伸缩缝   维修  

摘要： 伸缩缝是为满足桥梁变形设置的,它的损坏会影响桥梁行车的舒适和安全性,采用质量性能好的新型材料维修桥梁伸缩缝,既延长了桥梁伸缩缝的使用寿命,提高了桥梁的安全运行能力。

关键词： 建筑物阴影   深度学习   遥感影像   阴影提取   阴影分类  

摘要： 随着数字化城市建设的快速发展,快速高效地获取建筑物高度信息尤为重要。虽然目前国内城市的建筑物高度信息已经较为完善,但是国外未知的大区域建筑群高度信息依旧匮乏,以及根据高分影像监测机场周围净空高变化的问题仍亟待解决。通过建筑物阴影反演其高度是获取建筑物高度信息的重要途径之一,但仅根据太阳、卫星、建筑物及其阴影的几何关系并不能获取全部建筑物的高度信息。综上,针对不同类别建筑物阴影需要用不同的方法进行高度反演的问题,本文首先通过U-Net提取建筑物阴影,然后提出了一种基于建筑物多边形的阴影去噪方法,最后根据一定规则对去噪后的建筑物阴影进行分类,并在北京和新疆部分地区的数据集进行实验,主要工作内容如下:(1)建立建筑物阴影提取的小样本量数据集,同时在模型中添加BN和残差连接以缓解U-Net模型出现过拟合现象,优化模型性能。(2)根据太阳、卫星以及建筑物及其阴影的空间位置关系,分别对简单地形和复杂地形下的建筑物和阴影进行模拟分析,并且详细的推导其空间关系的判断公式,同时借鉴LCZ分类思想将其应用于建筑物群分类,并且通过实例验证。(3)提出了一种以建筑物多边形为附加条件的阴影去噪方法,此方法解决了传统阴影去噪不完全、不准确的问题,不仅能将深度学习提取的建筑物阴影噪声很好的去除,而且可以将建筑物与其阴影一一匹配。(4)以能否通过渔网法进行建筑物高度反演为出发点,根据面积阈值、矩形度、边界指数等分类指标将建筑物阴影分为Ⅰ建筑物阴影过小、Ⅱ建筑物阴影纵向粘连、Ⅲ建筑物阴影投影至相邻建筑物、Ⅳ适用于渔网法的建筑物阴影四类,为更准确的获取建筑物高度信息奠定了基础。研究表明:将本文稍加改进后的U-Net网络应用于北京和新疆地区提取建筑物阴影,提取精度分别为93.18%和96.24%。将本文阴影分类方法应用于北京和新疆地区建筑物阴影分类,其实验结果总体kappa系数为0.7390,Macro＿F1值为0.7201,一定程度上说明此方法的有效性。继续深入研究北京和新疆5个实验区域可知无法用渔网法反演建筑物高度的比例分别为36.59%、29.17%、23.53%、25.93%和16.67%。本文为不同类别的建筑物阴影需采用不同方法计算其高度信息提供了一定的基础。

关键词： 轮-履复合式   稳定性分析   仿真分析   有限元分析   轮椅  

摘要： 我国逐渐进入老龄化社会,同时各种安全事故频发,导致年老者及残障人士数量激增,因此设计一款可以解决他们日常出行的爬楼梯轮椅具有现实意义。首先,基于关联矩阵法思想,将若干种爬楼梯方案进行四因素六指标的划分,分配权重,应用加权和法得出各方案综合得分,通过对比优选出履带式行走方案。通过履带单元、轮-履切换机构和外形尺寸等设计,提出一种新型轮-履式爬楼梯轮椅结构方案。其次,建立轮椅质心运动学模型,给出不同参数下轮椅最大攀爬高度计算方法;规划轮椅爬楼梯若干子过程,建立不同爬楼梯子过程动力学方程,将稳定锥法和牛顿欧拉法结合,建立爬楼梯轮椅稳定性判别准则,然后对轮椅与楼梯开始接触和完全接触两个子过程进行稳定性分析。最后,将三维模型导入到Adams环境中进行质心平稳性仿真,之后对轮椅稳定性进行仿真分析;基于Ansys软件对座椅和后轮轴进行模态分析和瞬态动力学分析。通过模拟轮椅从两级楼梯跌落时座椅和后轮轴受到的冲击,得到其在冲击载荷下变形、应力和应变的曲线和云图;对轮椅架进行基于尺寸优化法的轻量化设计。研究表明,设计的轮-履式爬楼梯轮椅具有良好稳定性和实用性,为年老者及残障人士出行提供很大便利,有着广泛使用前景。图83幅;表18个;参47篇。

摘要： 很多人都希望当自己不在家的时候,能有一个小助手帮忙打理阳台:自动浇花、自动开关窗户、自动晾收衣服以及安防报警等。可现在市场上并没有完善的、高集成度的阳台管理解决方案,若使用多种设备管理阳台,易出现操作烦琐的弊端。因此,我希望能研究出一套智能阳台管理解决方案,让人们可以乐享生活。这就是智能阳台管家制作的初衷。

关键词： 铜都森林公园   功能分区   生态功能   交通   景观规划   生态旅游  

摘要： 为满足“国家森林公园建设为主导,省和县市级森林公园相融合建设”的基本方针本文以安徽省铜陵市铜都省级森林公园(叶山、城山、笠帽山景区)(以下简称“铜都森林公园”)为研究的对象,针对铜都森林公园目前的发展现状以及不足之处,利用Arc GIS技术,结合景观生态学原理,重点对公园内的交通状况、森林生态功能、景观格局、旅游资源等级评价等方面进行分析,在此基础上分析铜都森林公园建设的可行性,对森林公园主题和性质进行定位,最终从铜都森林公园时间与空间两方面进行规划设计。分析结果如下:(1)森林公园地处“八宝之地”铜陵市义安区境内,靠近县城东20km处,紧邻义安区东部城区及320省道和沪渝高速;森林公园的整体生态功能指数为0.53,景观多样性指数为2.358,均匀度为0.83,优势度指数为1.50;森林公园风景资源得分为41.16分,属于一级森林公园风景资源。由此可得森林公园区位优势明显,资源和旅游价值高,具有较好的景观多样性,森生态功能良好,森林公园的开发具有较好的可行性。(2)铜都省级森林公园分为三大景区,分别为叶山景区、城山景区和笠山景区,其中叶山景区规划面积为497.41hm,城山景区规划面积为97.64hm,笠帽山景区规划面积为共计44.54hm,总规划面积为639.59hm。铜都森林公园规划定位为:以叶山丰富的森林风景资源和浓厚的历史人文资源为主体,以林景和人文气息为特色,形成具备休闲度假、人文体验、休闲游乐、户外运动、研学科普,革命教育等多种功能的森林公园。(3)笠帽山景区内部交通的网络连接性指数为0.76,道路网连接性密度为8.9km/km,属一级道路网密度,能够满足正常车辆旅游交通需求;城山景区内部交通的网络连接性指数为0.62,道路网连接性密度为4.7km/km,属四级道路网密度,密度等级较低,不适应城山景区的发展现状,需要对城山景区内部的道路进行更加切当的规划设计;叶山景区内部交通的网络连接性指数为0.49,道路网连接性密度为1.0km/km,属五级道路网密度,道路密度差,不适应叶山景区的发展现状,需要对叶山景区的道路进行更加切当的规划设计。(4)通过景观格局分析得出,公园内总体生态功能中等,且有部分森林生态功能较差,树种以松类和阔叶树为主,因此在植物景观规划时,有针对性的采取改造措施,利用综合改造和补植补造等,提升森林质量和生态功能,同时选择有种植经验的乡土树种、景观树种、多树种进行景观提升,以改善松类和阔叶树占主要优势的局面。(5)森林公园功能区共区划为一般游憩区、管理服务区与核心景观区三大功能区,在此基础上规划旅游景点及路线,并规划基础服务设施等。根据铜都森林公园旅游资源的特色和布局,从开展原生生态、户外运动、休闲度假旅游的主题出发,对森林公园的游憩项目策划,规划游憩设施;对基础设施建设也有相应的规划,主要包括交通道路、给、排水工程、供电工程、通信网络工程、旅游安全保障系统与设施规划等。本文通过对铜都森林公园的规划设计探究,能够弥补前期修订的规划内容不全面、范围及分区不合理等缺陷,更加完善铜陵市的森林公园系统,能够解决实际性问题,同时能为国内相似类型其他森林公园的建设提供理论依据。

关键词： 相变微胶囊(MPCM)   相变储能轻质混凝土   力学性能   导热系数   比热容   相变焓值  

摘要： 将相变材料运用到轻质隔墙中可以有效的降低建筑能耗,不仅能提高室内的舒适度、保温隔热,还可以减小空调和采暖的使用负荷。为了改善传统隔墙自重大、蓄热性能较差的缺点,本文利用MPCM(相变微胶囊)制备了一种新型的相变储能轻质隔墙混凝土材料,使该材料在满足隔墙力学性能要求的同时,能够兼顾轻质和储能,达到提高居住舒适性和节能的效果。本文采用物理试验的方式研究了不同MPCM掺量、养护龄期和水灰比因素影响下相变储能轻质隔墙混凝土材料的物理力学性能,以及MPCM掺量对混凝土热学性能的改善效果。最后,再将相变储能轻质混凝土经过不同次数的相变循环试验,研究相变循环后混凝土的稳定性和耐久性。综合对比分析不同条件下相变储能轻质混凝土的变化规律,主要得出以下结论: (1)随着MPCM掺量的增加,相变储能轻质混凝土的孔隙率逐渐增大,表观密度逐渐减小且最大可降低到1545kg/m3,大幅度减小了混凝土的自重;抗压强度、抗拉强度和弹性模量逐渐减小且最大分别降低到了 16.4MPa、1.34MPa和0.942×104MPa,其强度的最大下降幅度分别为37.16%、45.08%和59.24%。尽管强度的损失是显著的,但是对于轻质隔墙混凝土材料,此相变储能轻质混凝土的压拉强度和弹性模量还是符合规范的要求。MPCM固液形态对相变储能轻质混凝土的压拉强度影响较小。此外同普通混凝土一样,相变储能轻质混凝土的抗压和抗拉强度与水灰比成反比,与养护龄期成正比。 (2)随着MPCM掺量的增加,相变储能轻质混凝土的比热容逐渐增大,最大增长幅度为47.44%;而导热系数和导温系数逐渐减小,最大减小幅度分别为19.00%和23.85%。因此,MPCM有效增强了相变储能轻质混凝土的热稳定性和保温隔热性能。相变储能轻质混凝土的相变温度在24℃～28℃间,处于人体的舒适温度;相变焓值最大可增长4.44倍,相变混凝土的储热能力增强,MPCM的潜热储能功能被充分地发挥,可以通过吸收或释放热量来保持室内温度、降低建筑能耗。 (3)经过50次、100次、1 50次和200次相变循环后,相变储能轻质混凝土的力学性能未受明显影响,虽然压拉强度有一定幅度的降低,但下降幅度均保持在5%的范围内;混凝土的热学性能中,相变焓值和比热容的变化很小,均保持在±1%的范围内。因此,相变储能轻质混凝土有较好的稳定性和耐久性,可以满足建筑物的长期使用。

关键词： 装配式项目   内隔墙   构件和配件  

摘要： 装配式建筑是指把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行,在工厂加工制作好建筑用构件和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等),运输到建筑施工现场,通过可靠的连接方式在现场装配安装而成的建筑.而在装配式项目中,有一个重要构成名为内隔墙.在本文中,笔者将浅谈装配式项目中关于内隔墙的运用.

关键词： 加拿大   国家公园   功能分区   景区分区   管理&控制  

摘要： 分区作为规划工具,是国家公园总体管理规划中最重要的一环,也是解决国家公园内风景资源保护与游憩利用矛盾的最有效方法。加拿大国家公园系统在分区区划上也多是建立在保护和利用基础上进行细分,根据不同的保护利益关系不断更新和调整。如何在国家公园内部实施科学的分区规划是一个亟待研究的问题。加拿大国家公园体系和分区模式由来已久,对其体系实际情况进行研究,总括全国分区体系,通过保护和利用两个不同视角梳理加拿大国家公园分区方式和管理措施,从不同维度探讨分区要素以及分析不同区域中的各种影响关系,结合生态资源特征与空间分布的规律,将边界和分区问题转化为利用方式、规模占比和准入强度的管控问题,把行为管控落实到空间上,对保护目标和行为实现可控管理。可以发现,加拿大整个国家公园体系的运营离不开保护和利用,功能分区可在维护生态完整性上保留荒野景观,景区分区则对内部资源和节点加以开发,共同支撑国家公园运营和发展。分区规划既是国家公园体系建设管理的重点,也是制定差异化的空间监测和管控手段以期实现管理多目标的关键。论文首先对中国和加拿大的国家公园体系建设历程进行梳理,明确研究对象及其发展背景概况,通过对国家公园、分区系统等核心概念作出界定,以加拿大47个国家公园及保护区为重点研究对象,构建分区体系数据库,聚焦国家公园内部主要的两种分区方式:以保护为主的功能分区和以游憩利用为主的景区分区。再基于保护和利用双重视角总结其在管理上的作用,分析背后的驱动因素和依据价值;其后,再从生态完整性、景观资源、分区保护、游憩体验四个维度认知两种分区方式,总结加拿大国家公园的分区模式,得到分区价值理念、要素依据、行动措施上的具体结论,最后运用这些结论对我国国家公园分区规划提出适合国情的建设性建议。