Bionic Design and Simulation Analysis of Energy-Efficient and Vibration-Damping Walking Mechanism

节能减振步行机构的仿生设计及仿真分析

张锐¹,庞浩¹,何远^1,2,韩佃雷¹,文立阁³,江磊⁴,李建桥¹

（1. 吉林大学 工程仿生教育部重点实验室,长春 130022;

2. 长春长光睿视光电技术有限责任公司,长春 130102;

3. 吉林大学 机械与航天工程学院,长春 130022;

4. 中国北方车辆研究所,北京 100072）

摘要：非洲鸵鸟能以60 km/h的速度持续奔跑30分钟,其后肢结构具有优良的节能、减振性能。为实现腿式机器人高效节能、缓冲减振的腿部机构的设计,根据鸵鸟跗骨间关节的被动回弹特性以及腿部的输出刚度可变特性,结合鸵鸟后肢结构的比例和尺寸,设计出了仿生刚-柔复合腿式机器人单腿结构。并且利用ADAMS软件模拟了仿生机械腿的运动。通过运动仿真分析,研究了内弹簧刚度系数在一定范围内的变化对机身质心垂直加速度以及电机功耗的影响,获得最佳的内弹簧刚度系数为200 N/mm,并进一步验证了内外弹簧机制能够有效地降低机械腿的能耗。仿真结果表明,采用内外弹簧机制能够有效降低电机约72.49%能耗。

关键词：工程仿生;仿生机械腿;被动回弹特性;刚-柔复合结构;节能减振

     

A General Low-Cost Indirect Branch Prediction Using Target Address Pointers

Nowadays energy-efficiency becomes the first design metric in chip development. To pursue higher energy efficiency, the processor architects should reduce or eliminate those unnecessary energy dissipations. Indirect-branch pre- diction has become a performance bottleneck, especially for the applications written in object-oriented languages. Previous hardware-based indirect-branch predictors are generally inefficient, for they either require significant hardware storage or predict indirect-branch targets slowly. In this paper, we propose an energy-efficient indirect-branch prediction technique called TAP （target address pointer） prediction. Its key idea includes two parts： utilizing specific hardware pointers to accelerate the indirect branch prediction flow and reusing the existing processor components to reduce additional hardware costs and power consumption. When fetching an indirect branch, TAP prediction first gets the specific pointers called target address pointers from the conditional branch predictor, and then uses such pointers to generate virtual addresses which index the indirect-branch targets. This technique spends similar time compared to the dedicated storage techniques without requiring additional large amounts of storage. Our evaluation shows that TAP prediction with some representative state-of-the-art branch predictors can improve performance significantly over the baseline processor. Compared with those hardware-based indirect-branch predictors, the TAP-Perceptron scheme achieves performance improvement equivalent to that provided by an 8 K-entry TTC predictor, and also outperforms the VPC predictor.     

蒸发式冷凝器在啤酒生产中的应用

通过采用高效节能型蒸发式冷凝器,对氨冷却系统工序中制冷压缩机排气冷却系统进行了技术改造.介绍了高效节能型蒸发式冷凝器的工艺原理和安装操作要点,从消耗、投资、操作、检修等方面总结了技改效果.     

软件能耗优化技术研究进展

为了设计高性能低能耗的系统,需要从硬件设计和软件设计两个方面进行考虑,以取得性能和能耗的最佳权衡.研究利用软件技术降低系统能耗的问题,主要探讨系统开发阶段的低能耗软件优化与评估技术.优化技术包括指令级优化、算法级优化与软件体系结构优化3类,阐述在各类优化技术研究中面临的问题和当前的研究工作进展;深入讨论了低能耗软件优化的关键支撑技术——软件能耗估算,指出并分析面向处理器和面向全系统的软件能耗估算面临的主要问题和研究进展;最后展望进一步研究的主要问题和发展趋势.     

移动自组织网络MAC层能量有效性分析*

移动自组织网的网络寿命很大程度上依赖于节点电池的有效利用,设计能量有效的算法来延长网络寿命成为其核心的问题。分析了MAC层的能量消耗,模型包括了节点的发送、接收、空闲和睡眠等状态,分析了冲突引起的重传以及节点偷听导致的能量消耗。最后给出了移动自组织网减少能量消耗的策略。     

无线传感网最大剩余能量索引数据分发算法

提出一种基于索引和局部存储的（Index and Local Storage—based,ILS）数据分发算法MREIB—DD。对于ILS类型的数据分发算法,一个事件的监测数据被存储在该数据的监测节点或监测节点的邻居节点。一个存储节点仅当接收到一个来自Sink的查询,才把监测数据发送至Sink。MREIB-DD算法选择网络中有最大剩余能量的节点存储索引信息,传感器节点监测到数据时向索引节点发送该数据的有关索引信息。用户的查询信息先到达索引节点,索引节点把查询转发到数据存储点,存储点对查询进行响应。此算法避免了感知数据的网内传输和查询泛洪带来的开销,分析表明该算法性能优于GHT—DCS算法而复杂度增加较少,是能量高效的数据分发算法。     

加快可再生能源应用 建设低碳宜居城市

通过对太原市可再生能源资源情况进行分析,从经济性、社会性等多方面进行了论述,说明加快可再生能源在建筑中的应用是保障城市用能安全,推进建设低碳宜居的现代化一流省会城市的必要举措,并就目前太原市如何加快推进可再生能源建筑应用提出了自己的建议。     

一种基于多跳光旁路的IP over WDM节能网络设计方法

针对IP over WDM网络,基于多跳光旁路和流量疏导,以减少能耗为目标对网络链路配置进行设计;考虑多跳光旁路会增大业务传输距离的问题,分析了光路建立顺序对业务传输距离的影响;通过优先路由短距离业务和限制最大传输跳数来减少业务的平均传输跳数。仿真结果表明,优先建立短距离光路的启发式算法与Dijkstra算法相比可以减少25%～55%的能耗,业务平均物理跳数与Dijkstra算法相差在1跳之内。     

无线传感器网络虚拟力覆盖控制及节能优化研究

综合考虑无线传感器网络的能量约束、覆盖要求,结合天线理论,将无线传感器网络的覆盖控制问题归结于一个多目标非线性规划问题,从而推导并建立了一个多目标非线性规划问题的数学模型。解决方法上,提出了一种基于节能的虚拟力优化算法。将传感器节点与目标覆盖区域的虚拟力操作和节点之间的虚拟力操作按节约能耗的约束同时进行,从而达到覆盖控制技术的优化目的。仿真实验表明,该策略对解决多目标非线性规划问题有着良好的收敛性与普适性,可以满足无线传感器网络的覆盖控制要求,并可以将网络的生命周期最大化,提高了系统的性能。     

面向高可信集群计算的能量有效任务分配

为解决集群计算系统的失效和高能耗问题,提出了一种灵活的高可信集群计算任务调度框架.该框架基于动态电压调整、任务恢复执行和完美接纳控制机制,设计了一种可靠性感知和能量感知的实时任务全局分配算法.结合局部松驰回收机制,在维持任务可靠性目标的情况下,该算法可进一步降低系统能耗和任务拒绝率.实验表明,该算法在能量节省、可靠性和任务拒绝率方面具有优越性.