摘要：基于磁吸附原理的爬壁机器人可在大型钢质结构体表面执行3维移动作业,完成复杂高空场景下的制造任务。本文综述了磁吸附爬壁机器人在吸附原理、功能设计、自主导航和应用场景等方面的最新研究进展。首先,介绍了以永磁、电励磁、电永磁、混合励磁为代表的4种典型励磁原理,探究了基于不同励磁原理的磁吸附单元设计方法。其次,按照结构设计的功能性划分,分别综述了现有磁吸附爬壁机器人在运动机制、越障功能、曲面适应和壁面过渡等方面的设计方法。然后,介绍了磁吸附爬壁机器人在3维空间中的自主导航与运动控制技术,包括感知定位、运动规划与控制技术。最后,归纳总结了磁吸附爬壁机器人在多种铁磁性作业场景中的应用现状,展望了磁吸附爬壁机器人关键技术的未来发展趋势。

摘要：为准确分析高速增强型电磁能推进装置枢轨接触特性,提出了一种数值计算与实验测量相结合的方法,对推进装置枢轨接触特性进行动态分析。首先,建立接触电阻与膛口电压、轨道电流、磁场等物理量之间的数学模型,并设计实验对膛口电压、轨道电流、电枢速度以及空间磁场等装置参数进行测量;其次,通过膛口电压与轨道电流等实验测量数据和有限元数值计算结果,对增强型电磁能推进装置枢轨接触电阻进行计算;进一步根据接触电阻计算结果与电枢速度特性曲线,对不同阶段下推进装置枢轨接触特性进行分析;最后,将服役后的导轨进行拆解和形貌扫描,通过样貌图侧面验证了不同阶段接触特性分析的可靠性。研究结果表明:初始阶段枢轨接触电阻最大可达8.5 mΩ,且轨道在此阶段损伤较为严重;在加速至中高速阶段,接触电阻基本平稳在0.78 mΩ左右,枢轨接触状态较为稳定;在高速运动至出口阶段,接触电阻波动幅度较大,电接触稳定性差。研究内容可为轨道磨损以及提高系统性能等提供基础数据和新的可靠参考。

摘要：在快时变多径信道环境中,正交频分复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM)系统的信道估计一直是一个颇具挑战性的问题。传统的过采样复指数基扩展模型(Oversampling Complex Exponential Basis expansionmodels,OCE-BEM)虽然能够在一定程度上减小多普勒频移带来的子载波间干扰(Inter-Carrier Interference, ICI),但其抗噪声能力较弱,并且存在固有的模型误差,这在很大程度上限制了其在复杂通信场景中的应用。为了解决上述问题,本文提出了一种残差神经网络辅助的信道估计方法。该方法将数据拟合问题转换为图像去噪问题,将信道冲激响应的估计值视为原始图像,真实值视为去噪后的图像,通过构建两者之间的数据映射关系来减小估计值与真实值之间的差异。本文所提信道估计方法用一个残差神经网络去除OCE-BEM最小二乘估计结果中引入的噪声误差,充分发挥神经网络的数据拟合作用,通过构建信道估计值与真实值的映射关系来减小BEM的固有建模误差。同时,所提信道估计方法将输入输出数据的虚部和实部进行了结合,最大限度地保留了信道的幅度和相位信息。在网络结构的设计上,本文选用的残差结构能够增强网络特征提取能力,同时防止训练过程中梯度消失和梯度爆炸现象的出现,进而提高网络的稳定性和收敛速度。仿真结果表明,在不同的信噪比和多普勒条件下,与传统的BEM估计方法相比,本文所提信道估计方法表现出了更优异的估计性能。

摘要：语音反欺骗任务旨在通过设计网络结构和学习算法来区分真实语音和欺骗语音,以提升语音系统安全性。本文提出了一种结合图注意力机制和对抗训练的语音反欺骗方法,以应对语音反欺骗任务中的挑战。具体地,基于说话人吸引子多中心单类(speaker attractor multi-center one-class, SAMO)学习算法,利用图信号处理(graph signal processing, GSP)理论,本文提出了采用图注意力网络(graph attention network, GAT)提取说话人吸引子中心的方法。通过引入注意力机制来聚合说话人特征表示,以计算出更具代表性的说话人吸引子中心,从而提高系统对真实语音和欺骗语音的区分能力。另外,考虑到当网络只学习到训练集中已知欺骗类型的特定欺骗伪影时,则分类网络可能无法有效应对未知类型的欺骗攻击。本文在反欺骗网络结构中引入欺骗类型分类对抗网络,通过特征表示学习模块和欺骗类型分类辅助网络的对抗训练,促使网络能够从不同类型的欺骗语音中学习到共同的欺骗伪影特征,从而提升系统对实际测试中未知类型欺骗语音的检测能力。在ASVspoof 2019 LA、CFAD和ASVspoof 2021 LA数据集上进行了实验,实验结果表明所提方法在性能上优于基线系统和其他对比系统。此外,本文还采用了t分布随机邻居嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding, t-SNE)和相似度矩阵热力图的可视化方法,直观展示了所提方法在准确区分真实语音和欺骗语音方面的优势,并验证了对抗训练技术在学习共同欺骗伪影特征方面的有效性。

摘要：机器人遥操作,即人类操作者通过远程控制设备操纵机器人完成任务,实现了机器人的执行能力和人类操作者在非结构化环境中的决策能力的融合,已被广泛应用于各种工作要求复杂且对人类有潜在危险的领域.高效遥操作的关键因素之一在于能否为操作者提供良好的临场感,临场感取决于操作者对远程环境的身临其境的感知(视觉、触觉等感官反馈)以及对远程机器人精准、直观的控制.本文提出了一种基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作方法,重建并传输远程场景的静态点云模型,利用Gen6D位姿估计算法根据RGB数据自动检测远程场景中的物体,然后将检测到的物体位姿信息传输到Unity虚拟现实场景中,定位虚拟物体,从而取代物体的点云模型.充分发挥虚拟现实的固有优势,沉浸式可视化重建后的远程场景,利用Unity物理引擎驱动虚拟物体,提高操作者的临场感.其次,提出一种人机解耦的信息物理(cyber-physical)映射模型,将操作者与远程机器人的控制回路解耦,消除了时延对遥操作的影响.最后,提出一种基于虚拟现实空间的自适应位置增量映射算法,根据虚拟机器人末端抓手与目标物体的距离改变位姿映射的比例,提高了遥操作的灵活性,并赋予虚拟现实遥操作避障的功能,保障了虚拟现实遥操作的安全性.

摘要：武汉市碳酸盐岩天兴洲条带,发育一套巨厚层砂化白云岩,其岩体力学参数取值,目前尚无相关经验或建议。基于Hoek-Brown(简称H-B)准则及其Mohr-Coulomb(简称M-C)线性转换理论,归纳总结前人研究成果,在试验数据的基础上,研究了砂化白云岩的H-B准则参数,提出一种基于静止侧压力系数k_(1)的最大围压上限σ_(3max)简化取值方法,估算其岩体力学参数并给出了取值建议。结果表明:基于k_(1)的σ_(3m)_(ax)简化取值方法,合理缩减了围压σ_(3)的取值区间,提高了计算精度;砂化白云岩的地质强度指数GSI与无侧限抗压强度σ_(ci)呈良好的线性关系,结合其砂化程度在岩体块度上的贴切表现,制作了针对砂化白云岩的改进GSI建议值表;岩体材料参数m_(i)的大小主要受控于岩石种类及细观颗粒的粗糙程度,其取值区间跨度小且对岩体力学参数影响较小,取用m_(i)=9;通过H-B准则与M-C准则的线性转换,建立了σ_(ci)与岩体抗剪强度之间的计算关系;各试验值、拟合值及理论计算值之间关系自洽、结果合理,有效解决了极破碎白云岩岩体力学参数的取值问题。上述基础性工作对H-B准则的应用起到了有益的补充,对武汉市类似岩层的岩体力学参数取值方法研究及运用具有重要借鉴意义。

摘要：基于深圳北站广场向下增建城际铁路地下车站结构的实际工程背景,场地土中地下车站附带上部已建结构的地震反应特征、相互作用机理及其破坏机制成为结构抗震性能评价的关键问题。鉴于此,采用整体动力时程分析方法建立了土-地下结构-上部结构静、动力耦合非线性动力相互作用的三维精细化数值模型,系统地研究了地下车站附带上部结构、单建地下车站结构、单建地上结构的地震响应规律及其损伤演变过程。结果表明:相比单建地下车站结构,由于受上部结构影响,增建地下车站结构的水平侧向力及其层间位移角均显著增大,且顶、底板地震损伤面积及程度明显加剧;相比单建地上结构,由于受地下车站结构影响,增建地下车站结构的上部结构的变形协调性显著降低,其地震损伤较单建地上结构严重,尤其在中柱与二层楼板连接处。研究成果可为既有上部结构向下增层拓建的科学设计、防震减灾提供支撑和借鉴。

摘要：为准确揭示海上风能波动性对水下压缩空气储能系统性能的影响规律,以先进绝热水下压缩空气储能系统为研究对象,首先,建立考虑风能波动性的海上风电-储能系统热力学模型;接着,提出关键设计参数的设计流程;最后,分析了额定工况与变工况条件下储能系统的能量转化特性。研究结果表明:随着导热油与空气质量流量之比κ_(o,a)的增加,水下输气管道散热损失与冷油罐散热损失的变化趋势相反,同时存在κ_(o,a)最优值为1.41,使得系统热损失最小,对应的最大系统能量往返效率η_(rt)为60.3%;设计工况下,储热与换热单元的(火用)损失最大,约占总损失的36.6%;稳定风速下,当风速偏离设计基础风速时,压缩机与膨胀机的效率降低,导致η_(rt)降低;扰动风速下,随着扰动风分量最大值v_(d,max)增加,受风机额定风速与切出风速的限制,v_(d,max)对储能系统平均发电功率的影响区域可分为快速增长区、增长减缓区以及降低区,3个区域内的η_(rt)均低于额定稳定工况下的设计值。研究可为水下压缩空气储能与海上风电的集成应用提供理论指导。

摘要：梁式桥是中国交通路网中最普遍的桥型,建立其抗震韧性评估方法是“韧性城市”国家战略顺利实施的必然需求,但其中至关重要的梁式桥各构件震后功能恢复模型尚未建立。震后功能恢复模型表征了结构在遭受地震后使用功能损失-保持-恢复的过程。为填补这一空白,该文第一部分采用专家意见调研的方法,构建了梁式桥主要受力构件(墩柱、主梁、支座、基础、桥台)和次要受力构件(挡块、伸缩缝)的震后功能恢复模型。首先,系统地定义了各构件的多级损伤状态和性能指标;然后,设计了调研问卷,面向全国各地124位桥梁设计、科研、施工、检测、养护、加固领域的专家,征询各构件不同损伤状态下的桥梁震后通行决策、残余通行功能、决策时间、构件修复策略与时间、以及构件修复期间桥梁残余通行功能;最后,通过对调研结果的统计分析,建立了梁式桥各构件的震后功能恢复模型。该文第二部分将利用该模型对我国量大面广的板式支座梁式桥开展抗震韧性评估研究。