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基于折纸结构的气动软体机器人设计、建模与实验

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基于折纸结构的气动软体机器人设计、建模与实验

作者：林茂虎江西理工大学

学位级别：硕士

软体机器人以其较强的灵活性、更大的自由度等特点,在医疗、探测、救援等领域得到了广泛关注。与传统的刚性机器人相比,软体机器人可以通过主动变形改换不同的形态,使其具有更强的环境适应性;能够较好地模拟自然界生物的运动,进入许多... 详细信息

软体机器人以其较强的灵活性、更大的自由度等特点,在医疗、探测、救援等领域得到了广泛关注。与传统的刚性机器人相比,软体机器人可以通过主动变形改换不同的形态,使其具有更强的环境适应性;能够较好地模拟自然界生物的运动,进入许多人类所无法探索的环境中。气压驱动作为软体机器人重要驱动方式之一,气动软体驱动器的研究一直受到了广大研究人员的青睐。但是,现有的气动软体驱动器种类较少,且部分驱动器存在制作工艺复杂、驱动性能一般、负载小、控制要求高等问题。针对上述问题,利用折纸结构大折展比、快速变换的特点设计了一种基于折纸结构的气动软体驱动器,并采用驱动器研制了两款新型软体机器人。主要内容如下:为了提高气动软体驱动器的驱动性能,利用折纸结构大折展比的特点,将折纸结构应用于驱动器的应变层设计当中,使应变层具有折展拉伸和超弹性拉伸两种拉伸状态,从而提高应变层的拉伸量。给出了基于折纸结构的气动软体驱动器设计与制备方法,对应变层的应力应变关系与驱动器的几何变形进行了分析,分析表明,驱动器的弯曲角度与应变层的伸长量呈正比关系,说明将折纸结构作为应变层可以提高驱动器的弯曲性能。为了分析驱动器的驱动性能以及其结构参数对驱动器驱动性能的影响,建立了折纸型气动软体驱动器的力学模型与运动学模型,得出了驱动器末端输出力、弯曲角度与输入气压之间的关系,利用模型分析了驱动器的末端点位置、驱动器姿态,搭建实验平台测试了驱动器在不同气压下的末端输出力与弯曲角度。实验结果表明,驱动器末端输出力与输入气压的关系可近似为线性关系,在输入气压为0.1Mpa时,末端输出力可达9N;驱动器的弯曲角度与输入气压之间的关系近似为线性分段函数,输入气压为0.05Mpa时,弯曲角度可达250度,说明所建立模型具有较好地准确性。利用折纸型气动软体驱动器设计了一种气动软体抓手,并实现其自动抓取功能。该软体抓手由四个折纸型软体驱动器以及一个夹具构成,在气压作用下四个驱动器同时弯曲即可抓取目标。将软体抓手搭载在机械臂末端进行实验测试,实验结果表明:在抓握力实验中,输入气压为0.1Mpa时,最大抓握力为11.9N;在移动抓取实验中,可以对重量不超过2kg物体的物体稳定抓取,重量在2.5kg物体的适应性抓取,说明了所设计的软体抓手具有较好的抓取性能。利用激光矩阵定位技术设计了自动抓取方案,软体抓手可以实现对水杯、梨、火龙果、香蕉和豆腐等大小各异、表面复杂、硬度不同的物体的自动抓取功能,说明了自动抓取方案具有一定优越性。利用折纸型气动软体驱动器仿尺蠖运动规律设计了一种新型软体爬行机器人。该机器人由躯干和足部构成,利用驱动器模拟躯干的弯曲运动和前后足摩擦力差值的设计实现爬行运动。结合驱动器的运动学模型推导出机器人的步距与输入气压之间的关系,给出了运动控制参数并进行了运动实验。实验结果表明,软体爬行机器人在给定条件下单个周期的运动距离25.1mm,平均运动速度为13.9mm/s,说明了软体爬行机器人仿尺蠖爬行的可行性以及软体爬行机器人具有较好的快速爬行能力。

关键词：折纸结构软体驱动器软体抓手软体爬行机器人

开放性手术与腹腔镜手术治疗肾上腺肿瘤的效果的meta分析

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南方医科大学学报 2016年第11期36卷 1582-1588页

作者：林茂虎朱晓应苗芮何蕾贾宁解放军总医院第一附属医院泌尿外科北京100051 解放军总医院肝胆外科北京100853 解放军总医院感染管理与疾病控制科北京100853

目的通过对开放性手术与腹腔镜手术在治疗肾上腺肿瘤效果的系统评价,比较两种方法的有效性与安全性。方法计算机检索CNKI,PUBMED,Sino Med,EBSCO,Springerlink,万方医学网,维普数据库等相关数据库,全面收集1999年-2016年发表的相关文献... 详细信息

目的通过对开放性手术与腹腔镜手术在治疗肾上腺肿瘤效果的系统评价,比较两种方法的有效性与安全性。方法计算机检索CNKI,PUBMED,Sino Med,EBSCO,Springerlink,万方医学网,维普数据库等相关数据库,全面收集1999年-2016年发表的相关文献,对文章进行筛选、评价以及提取相关资料,运用Rev Man5.2软件进行Meta分析。结果纳入的25篇文章,共有2340例患者,Meta分析结果显示,在术后肠功能恢复时间[OR=-0.96,95%CI（-1.22,-0.70）P〈0.00 001],住院时间[OR=-3.48,95%CI（-4.13,-2.78）P〈0.00 001],术后并发症[OR=0.22,95%CI（0.14,0.35）P〈0.00 001],术中出血量（OR=-104.77,95%CI（-138.95,-70.60）P〈0.00 001）方面腹腔镜手术优于开放性手术;在手术时间、手术费用的比较中,两组差异没有统计学意义。结论腹腔镜手术在术后肠功能恢复时间、住院时间、术后并发症和术中出血上优于开放性手术,但在手术时间、手术花费方面差异不明显。

关键词：腹腔镜手术开放性手术肾上腺肿瘤 Meta分析

高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗输尿管回肠吻合口狭窄

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南方医科大学学报 2011年第7期31卷 1279-1281页

作者：郁华亮叶林阳林茂虎杨渝解放军总医院第一附属医院泌尿外科北京100048

目的探讨高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗膀胱全切术后输尿管回肠吻合口狭窄的疗效。方法采用高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗输尿管回肠吻合口狭窄17例(23侧);男11例,女6例,平均年龄56.65±6.28岁;单侧狭窄11例,双侧狭窄6例;回肠膀... 详细信息

目的探讨高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗膀胱全切术后输尿管回肠吻合口狭窄的疗效。方法采用高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗输尿管回肠吻合口狭窄17例(23侧);男11例,女6例,平均年龄56.65±6.28岁;单侧狭窄11例,双侧狭窄6例;回肠膀胱术后吻合口狭窄13例,原位回肠新膀胱术后吻合口狭窄4例;对照组采用开放手术治疗膀胱全切术后输尿管回肠吻合口狭窄21例(25侧)。结果试验组17例(23侧)全部随访,治愈12侧,好转7侧,无效4侧,总有效率达82.6%,对照组随访18例(21侧),治愈11侧,好转7侧,无效3侧,总有效率达85.7%,两组间疗效比较无明显差异(P>0.05);试验组平均手术时间(34.12±7.52)min,对照组平均手术时间(87.42±10.35)min,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05);试验组手术平均失血量(21.54±6.15)ml,对照组手术平均失血量(203.16±32.67)ml,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05);试验组术后平均住院天数(3.24±0.35)d,对照组术后平均住院天数(10.12±1.19)d,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论采用高压球囊扩张术后留置双D-J管治疗输尿管回肠吻合口狭窄创伤小、安全,疗效较开放手术无明显差异。

关键词：球囊扩张尿流改道输尿管狭窄

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成年犬前列腺微波消融效果的实验研究

中华男科学杂志 2014年第1期20卷 10-13页

作者：李振彩张晶胡冬梅王琼任金涛林茂虎解放军总医院第一附属医院超声科北京100048 解放军总医院介入超声科北京100039 解放军总医院第一附属医院泌尿外科北京100048

目的:探讨超声引导下微波消融对犬前列腺组织的效果。方法:将12只犬按照时间-功率组合随机分为2组,每组6只,A组:40 W/120 s;B组:40 W/160 s。犬麻醉后在超声引导下经直肠穿刺前列腺左右两侧叶部分别进行微波消融,消融过程中常规灰阶超... 详细信息

目的:探讨超声引导下微波消融对犬前列腺组织的效果。方法:将12只犬按照时间-功率组合随机分为2组,每组6只,A组:40 W/120 s;B组:40 W/160 s。犬麻醉后在超声引导下经直肠穿刺前列腺左右两侧叶部分别进行微波消融,消融过程中常规灰阶超声实时观察消融灶的变化,消融完成后进行超声造影并测量消融灶体积,最后处死动物取出前列腺标本,沿电极长轴剖开前列腺观察消融灶的形态并实测消融灶的体积。结果:①消融开始后常规灰阶超声显示电极裂隙处首先出现强回声,后方伴有明显声尾,随消融时间增加强回声范围逐渐扩大,最后消融区表现为不均匀强回声,边界清晰,形态欠规则。②超声造影显示凝固性坏死区表现为类椭圆形的造影剂缺损区(无回声),与周围增强的前列腺组织形成鲜明对比,边界更加清晰。造影模式下测量的A组和B组消融灶体积分别为:(1.18±0.23)cm3和(1.52±0.23)cm3。③大体标本观察消融灶呈椭圆形,整个消融灶颜色苍白,与周围前列腺组织边界清楚。标本实测的消融灶体积分别为:A组:(1.13±0.20)cm3;B组:(1.48±0.20)cm3。结论:不同时间-功率组合可以在前列腺内形成不同大小的凝固性坏死灶,超声造影可以准确反映凝固性坏死范围,避免消融治疗的过度和不足。

关键词：微波消融前列腺超声造影犬

VEGF165真核表达载体的构建及其在鼠膀胱平滑肌细胞的表达

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南方医科大学学报 2007年第5期27卷 654-656,659页

作者：林茂虎赵珊苗芮贾宁李娟第四军医大学研究生院陕西西安710032 新疆军区联勤部30分部新疆830011 解放军总医院第一附属医院北京100037 解放军总医院医院感染与疾病控制科北京100853 北京二炮通信总站卫生队北京100085

目的构建血管内皮生长因子(VEGF165)真核表达载体pcDNA3.1(-)/VEGF165,转染鼠膀胱平滑肌细胞并检验其生物学活性。方法将VEGF165cDNA克隆于真核表达载体pcDNA3.1(-),构建真核表达载体pcDNA3.1(-)/VEGF165;并转染入鼠膀胱平滑肌细胞,采用... 详细信息

目的构建血管内皮生长因子(VEGF165)真核表达载体pcDNA3.1(-)/VEGF165,转染鼠膀胱平滑肌细胞并检验其生物学活性。方法将VEGF165cDNA克隆于真核表达载体pcDNA3.1(-),构建真核表达载体pcDNA3.1(-)/VEGF165;并转染入鼠膀胱平滑肌细胞,采用RT-PCR和免疫荧光染色检测VEGF165基因在鼠膀胱平滑肌细胞中的表达,并用MTT法检测转染后细胞上清液中VEGF165的生物学活性。结果和结论将构建的真核表达载体pcDNA3.1(-)/VEGF165转染入鼠膀胱平滑肌细胞后,VEGF的表达增高,转染后细胞上清液具有促使内皮细胞增殖的生物学活性。

关键词：血管内皮生长因子真核表达载体膀胱:平滑肌细胞

对出版业绩效评估标准暨继续教育体系并行变更的思考

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中国编辑 2024年第4期 72-76页

作者：林茂江苏凤凰少年儿童出版社有限公司

因出版业旧有的绩效评估标准存在评价维度较为单一、缺乏量化指标、指向不够清晰的缺陷,导致人才培养方案多变且难以真正落地的现象屡见不鲜。为解决这一问题,本文提出应从绩效评估标准暨继续教育体系两个方面展开并行式变更,引入以现... 详细信息

因出版业旧有的绩效评估标准存在评价维度较为单一、缺乏量化指标、指向不够清晰的缺陷,导致人才培养方案多变且难以真正落地的现象屡见不鲜。为解决这一问题,本文提出应从绩效评估标准暨继续教育体系两个方面展开并行式变更,引入以现代学徒制为目标的“校企合作制”人才培养方式,从而为出版业的进步提供基石。

关键词：绩效评估人才培养现代学徒制继续教育编辑培养

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经直肠微波消融犬前列腺组织的实验研究

中华男科学杂志 2011年第9期17卷 813-816页

作者：李振彩张晶胡冬梅刘茜林茂虎任金涛王玉庆王琼解放军总医院第一附属医院超声科北京100081 解放军总医院第一附属医院病理科北京100081 解放军总医院第一附属医院泌尿外科北京100048 国家人口计生委科研所彩超室北京100081

目的:探讨超声引导下经直肠微波消融前列腺组织使其体积减小的可行性及安全性。方法:犬麻醉后在超声引导下经直肠对实验犬前列腺的左右两侧叶分别进行微波消融,微波输出能量30 W,作用时间120 s,消融后当天处死动物取出前列腺及周围组织... 详细信息

目的:探讨超声引导下经直肠微波消融前列腺组织使其体积减小的可行性及安全性。方法:犬麻醉后在超声引导下经直肠对实验犬前列腺的左右两侧叶分别进行微波消融,微波输出能量30 W,作用时间120 s,消融后当天处死动物取出前列腺及周围组织标本,观察消融灶的形态及前列腺周围组织结构有无损伤、测量消融灶体积,最后标本送病理检查。结果:在实验犬前列腺左右两侧叶成功进行了12个点微波消融灶,消融过程中超声图像显示消融区为强回声,范围逐渐扩大,最后热消融区表现为不均质强回声,边界清楚,形态欠规则。大体标本观察:直肠壁穿刺点粘膜下可见少量淤血,局部无热损伤改变,尿道及膀胱壁未见明显热损伤,消融灶呈椭圆形,边界清楚,实测体积为(0.94±0.30)cm3。结论:超声引导下经直肠微波消融前列腺可使局部组织发生凝固性坏死,对前列腺周围重要结构无明显热损伤。二维超声可以实时显示消融区的范围、监控消融过程。

关键词：微波消融前列腺超声引导犬

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变形菌属引发导尿管相关尿路感染的研究

中华医院感染学杂志 2004年第4期14卷 468-470页

作者：林茂虎鲁鸿贾宁解放军304医院北京100036 第一军医大学南方医院广东广州510515 解放军总医院北京100853

目的　通过导尿管相关尿路感染 (UTIs)患者尿道口、导尿管生物被膜和尿液中分离的变形菌属的耐药性和同源性的研究 ,探索变形菌属引发UTIs的机制。方法　对 1999年 12月～ 2 0 0 1年 3月收集的 16 5例UTIs患者尿道口、导尿管和尿液标本... 详细信息

目的　通过导尿管相关尿路感染 (UTIs)患者尿道口、导尿管生物被膜和尿液中分离的变形菌属的耐药性和同源性的研究 ,探索变形菌属引发UTIs的机制。方法　对 1999年 12月～ 2 0 0 1年 3月收集的 16 5例UTIs患者尿道口、导尿管和尿液标本变形菌属分离株 ,进行快速鉴定生物被膜 ,药敏实验和脉冲电场凝胶电泳 (PFGE)分析。结果　 16 5例UTIs患者中尿道口、尿液和导尿管生物被膜中分别分离出变形菌属 32株 (19.4 % )、18株(10 9% )和 15株 (9.0 9% ) ;12例患者在尿道口、尿液和导尿管生物被膜中均分离到变形菌属 ,且药敏结果相似 ,差异无显著性 (P >0 .0 5 ) ;PFGE结果显示 7例患者的 3部位变形菌属分离株分别为同一菌株或不同亚型菌株。结论　变形菌属生物被膜的形成和逆行感染是引发UTIs的原因。

关键词：变形菌属生物被膜尿路感染

经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄

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南方医科大学学报 2010年第9期30卷 2212-2214页

作者：郁华亮叶林阳杨渝林茂虎解放军总医院第一附属医院泌尿外科北京100048

目的探讨经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄的疗效。方法采用经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄25例(27侧);男17例,女8例,平均年龄44.17±13.29岁;单侧狭窄23例,双侧狭窄2例;开放手术后再狭窄12例;尿流改道输... 详细信息

目的探讨经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄的疗效。方法采用经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄25例(27侧);男17例,女8例,平均年龄44.17±13.29岁;单侧狭窄23例,双侧狭窄2例;开放手术后再狭窄12例;尿流改道输尿管新膀胱吻合口狭窄7例;炎性狭窄6例;对照组采用开放手术治疗良性输尿管狭窄27例(28侧)。结果试验组随访20例(22侧),治愈10侧,好转7侧,无效5侧,总有效率达77.3%,对照组随访25例(26侧),治愈12侧,好转9侧,无效5侧,总有效率达80.8%,两组间疗效比较无明显差异(P>0.05);试验组平均手术时间35.56±8.59min,对照组平均手术时间67.41±9.13min,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05);试验组手术平均失血量24.13±8.75ml,对照组手术平均失血量174.07±59.44ml,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05);试验组术后平均住院天数3.39±0.66d,对照组术后平均住院天数9.07±0.92d,两组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论采用经皮肾穿刺顺行法球囊扩张术治疗良性输尿管狭窄创伤小、安全,能缩短病人术后住院天数,疗效较开放手术无明显差异。

关键词：经皮穿刺肾造瘘术球囊扩张良性输尿管狭窄