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新型基于6-PSS三维平台机构的并联微动机器人

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仪器仪表学报 2001年第6期22卷 566-569页

作者：金振林高峰燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 河北工业大学天津300130

提出一种新颖的基于 6 - PSS并联三维平台机构的微动机器人并介绍其结构布局特点 ,应用 Jacobian矩阵和力 Jacobian矩阵的子阵 ,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算 ,并建立显式的微位移正解和反解方程 ,为其设... 详细信息

提出一种新颖的基于 6 - PSS并联三维平台机构的微动机器人并介绍其结构布局特点 ,应用 Jacobian矩阵和力 Jacobian矩阵的子阵 ,分别对其线速度与角速度和力与力矩的各项同性进行了分析计算 ,并建立显式的微位移正解和反解方程 ,为其设计和使用提供理论依据。分析计算结果表明 ,该微动机器人算法与控制简单 ,微位移解耦和速度与力各向同性 ,具有最佳的运动和力传递性能。

关键词：微动机器人并联三维平台结构并联机构各项同性

二维恒定各向同性介质渗透系数反演的遗传算法

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数学的实践与认识 2006年第9期36卷 143-147页

作者：闵涛张世梅彭亚绵西安理工大学应用数学系陕西西安710048 西京学院理学院陕西西安710000 河北理工大学理学院河北唐山063009

给出了利用遗传算法求解二维恒定各项同性介质渗透系数反演的一种新方法,该方法把参数反演问题转化为优化问题通过遗传算法求解.数值模拟结果表明:该方法具有精度高、收敛速度快、编程简单、易于计算机实现等优点,值得在实际工作采用.

关键词：二维各项同性渗流反问题遗传算法非线性

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透皮微针阵列的工艺研究

透皮微针阵列的工艺研究

作者：焦峰浙江大学

学位级别：硕士

微机电系统(MEMS)能够在传统仪器不能达到的微小空间中进行精密操作, 实现实时监测,因而在生物医学中有着广泛的应用,如精确药物注射、临床监测、显微外科手术、微型植入系统等。可以说,MEMS技术的出现给生物医学带来了新的手段,微针... 详细信息

微机电系统(MEMS)能够在传统仪器不能达到的微小空间中进行精密操作, 实现实时监测,因而在生物医学中有着广泛的应用,如精确药物注射、临床监测、显微外科手术、微型植入系统等。可以说,MEMS技术的出现给生物医学带来了新的手段,微针阵列就是MEMS技术在医学上的一个重要应用。微针阵列可广泛用于生物医学测量,药物传送,微流体采样等领域,它具有尺寸小,强度高,用材具有生物兼容性等特点,可以精确控制刺入的深度,从而减少刺入位置的损伤, 实现无痛的目的,为患者提供高效、安全的医疗手段,更符合医学研究人性化的特点,给生物医学领域注入了极大的活力,因此具有十分重要的研究意义。本硕士课题以用于药物传输为目的的微针阵列为对象,研究了微针阵列的主要加工工艺——微针尖的加工工艺、微针孔的加工工艺及微针尖和微针孔的套刻工艺。其中微针尖的加工采用各向同性刻蚀技术,微针孔的加工采用各向异性深度刻蚀技术,文中对这两种微加工技术做了详细的理论阐述和实验研究。本文共由五章内容组成: 第一章,综述。本章主要从MEMS及MEMS加工技术的发展、微针在生化医疗领域的研究进展和应用前景两方面介绍介绍了课题的研究背景和研究意义, 并提出了课题研究的内容和目标。第二章,微针阵列的结构设计。通过对皮肤的结构特性和微针透皮给药机理的阐述,参考国外文献中对微针阵列的研究,作者设计了两种不同结构的微针阵列,并从应用和微加工技术两个方面考虑,设计了微针阵列的主要加工方案和工序,以及提出了在工艺实验中需重点解决的问题。第三章和第四章是关于微针阵列加工工艺的研究,是研究内容的主要部分。内容主要研究了微针阵列加工的两种关键技术——HF-HNO腐蚀液刻蚀技术和电感耦合等离子体刻蚀技术,并基于这两种工艺,研究微针的套刻工艺。研究以兼具有高刻蚀速率与高刻蚀表面质量为工艺目标,从刻蚀机理出发,通过大量的工艺实验总结出适合微针加工的工艺路线。这些基本工艺的研究,为硅基微器件的加工提供了选择方案和实际经验曲线。第五章,总结与展望。本章对微针阵列的结构设计和对微针阵列加工工艺的研究取得的成果进行了全文总结,分析了加工工艺中存在的问题和研究工作的不足,并提出了微针阵列的进一步研究方案。

关键词：微机电系统(MEMS) 微针阵列透皮给药系统硅各项同性湿法刻蚀 DIRE 电感耦合等离子体

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生物瓣膜非线性力学性能分析

生物瓣膜非线性力学性能分析

作者：朱艳秋山东大学

学位级别：硕士

瓣膜置换手术是目前治疗心脏瓣膜疾病最有效的方法,自1965年生物瓣首次植入人体以来,由于生物瓣较机械瓣具有优良的生物相容性,且病人无需进行长期抗凝治疗,因此在临床中得到广泛应用。但是,生物瓣应用的最大问题是其耐久性不如机械瓣... 详细信息

瓣膜置换手术是目前治疗心脏瓣膜疾病最有效的方法,自1965年生物瓣首次植入人体以来,由于生物瓣较机械瓣具有优良的生物相容性,且病人无需进行长期抗凝治疗,因此在临床中得到广泛应用。但是,生物瓣应用的最大问题是其耐久性不如机械瓣。国内外研究表明生物瓣的失效形式主要有钙化和撕裂,这两种失效形式均与瓣叶内部的应力分布有关。生物瓣膜瓣叶通常采用猪主动脉瓣和牛心包作为材料,猪主动脉瓣可以看作是一种按特殊规律排列的胶原纤维加强的弹性网,其表现出如同各向异性纤维增强复合材料的特性。材料非线性各项同性及正交各向异性对于心脏瓣膜的力学性能与机械损伤有着重要的影响,然而,由于瓣膜复杂的自然结构,实验和模拟瓣膜材料非线性特性仍存在很大的挑战。因此,建立生物瓣膜有限元模型,并对其进行材料非线性力学性能分析,研究瓣膜闭合阶段材料非线性各项同性及正交各向异性的应力分布及变形情况对于分析生物瓣膜应力分布和优化设计有着重要的作用。同时对于研究影响人工心脏瓣膜应力分布的因素具有十分重要的理论价值和现实意义。本文利用壳模型及拉格朗日方法,通过建立符合空间几何方程的圆柱面、圆球面、旋转抛物面和椭球面四种参考型面,依次与其对应的倒圆锥面相交确定边界线和重要点的空间位置,得到一系列较为精确的尺寸参数,建立瓣叶数学模型,并对其进行几何非线性、材料非线性各项同性及正交各向异性的力学性能分析,得到接近自然瓣膜的应力分布情况,通过比较各种型面瓣叶的应力分布及变形情况发现：瓣叶几何非线性与材料非线性分析中应力峰值均出现在瓣叶与瓣架结合点的最高处,在正交各向异性分析中,椭球型面与旋转抛物型面瓣叶应力峰值出现在瓣叶与瓣架缝合区域的最低处,圆球型面与圆柱型面瓣叶峰值出现在瓣叶与瓣架结合点的最高处,瓣叶最大应力值高于各项同性瓣叶,这是由于各项异性瓣叶在径向方向上有较高的杨氏模量,同时,由于各向异性材料在轴向方向上刚度减小,所以对称边的变形较大。综上所述,椭球型面瓣叶的力学性能较好,优于圆球型面瓣叶、旋转抛物型面瓣叶和圆柱型面瓣叶,同时生物瓣膜材料各向异性特性对于了解瓣膜在人体内的失效机理具有重要意义,这为瓣膜造型优化、瓣架成型加工奠定了坚实基础。

关键词：生物瓣膜材料非线性各项同性正交各向异性应力分析

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弱磁场作用下变形超导体中波函数的研究

弱磁场作用下变形超导体中波函数的研究

作者：刘芳忠兰州大学

学位级别：硕士

高温超导体在磁场作用或者在加预应变等情形下,会导致超导体的变形,进而引起超导体的临界电流密度,临界磁场,临界温度等宏观特性的变化。在工程应用中,超导磁体在外界复杂电磁环境因素的影响下,会引发超导电流等特性的变化,进而引发其... 详细信息

高温超导体在磁场作用或者在加预应变等情形下,会导致超导体的变形,进而引起超导体的临界电流密度,临界磁场,临界温度等宏观特性的变化。在工程应用中,超导磁体在外界复杂电磁环境因素的影响下,会引发超导电流等特性的变化,进而引发其功能或安全引导问题。因此,关于复杂变形对超导特性影响的研究一直是这一领域理论与工程应用中关注的基础性课题。本文基于线变形理论,利用京茨堡-朗道理论研究了在弱磁场作用下变形超导体的波函数,得到了有效波函数和磁矢势的解析解。首先,修正了加入超导体体积变形影响后的有效自由能的表达式,在表达式中加入了两个由于超导体积变形影响引起的能量项,以及变形场与磁场的耦合项。其次,对于修正后的自由能表达式,利用拉格朗日变分原理推导出了考虑超导体体积变形的京茨堡-朗道方程。为了简单方便,忽略了超导体体积变形对自由能密度的系数和电子对质量的影响。再次,利用各向同性材料的特殊性,考虑了一维问题。在x>0的一个半无限平面的超导体,x=0为超导体的表面,在沿着z方向存在一个弱磁场的作用,在这些条件下,继续对修正的京茨堡-朗道方程进一步简化。参考有关文献的方法,对有关的参量进行无量纲化和标记,进一步将方程简化。由于处在弱磁场中,有效波函数的梯度变化比较平滑,在文中,近似为零。然后,对有效波函数和磁矢势关于弱磁场展开,并代入原来的方程,比较方程两边的相关系数,得到有关系数的表达式,结合边界条件,得到有效波函数和磁势的基本解。最后,对预应变效应对超导体波函数的影响进行了分析,结果表明,在弱磁场中,在预应变引起的体积变形影响下,预应变效应对两类超导体的超导电性有不同的影响。因此,超导体的超导电性不仅受外磁场的影响,还受到超导体体积变形的影响。

关键词：高温超导体超导电性唯象理论 GL理论线变形磁势有效波函数解析解各项同性

2-DOF和3-DOF纯移动并联机构的设计方法研究

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2-DOF和3-DOF纯移动并联机构的设计方法研究

作者：张军燕山大学

学位级别：硕士

本文基于空间模型理论,在对国内外并联机构的设计方法进行分析的基础上,对改进型 Delta 机构和并联二自由度平面机构的设计方法进行了研究,并借助计算机工具绘制出机构的性能图谱,为机构的设计和性能分析提供了有利帮助。首先,建立了... 详细信息

本文基于空间模型理论,在对国内外并联机构的设计方法进行分析的基础上,对改进型 Delta 机构和并联二自由度平面机构的设计方法进行了研究,并借助计算机工具绘制出机构的性能图谱,为机构的设计和性能分析提供了有利帮助。首先,建立了两种机构的空间模型,根据尺寸参数的不同取值绘制平面区间图,并运用变点机构线将平面区间进行划分,对每个子区间讨论尺寸特点和关系,绘制机构的尺寸型。其次,分别运用几何法和向量传递法解决了 Delta 和并联二自由度平面机构的正解问题,运用杆长约束法解决了两种机构的反解问题。得到适合分析计算的显表达式解。分析两种机构的工作空间,绘制出工作空间的形状,讨论工作空间的评价指标,并绘制评价指标即工作空间的容量与无量纲化尺寸参数之间的关系图谱。通过对图谱的分析,讨论尺寸参数与工作空间的关系。用导数法求取两种机构的雅可比矩阵,结合运动学传递各项同性的定义,找到各项同性度与机构的尺寸参数之间的关系,绘制了机构的各项同性度图谱。根据图谱分析机构尺寸的取值,为设计机构的提供参考。在运动学问题基础上,本文还分析机构末端执行件的速度极值,并在机构的空间模型表示出来,直观地表示出了机构的尺寸参数对末端件速度极值的影响,讨论它们之间的变化关系。本文通过对空间和平面两种不同机构的研究,提供了以空间模型理论为基础的机构设计的一般性方法,并且较系统的论述了机构尺寸参数和机构性能之间的关系,为机构的设计提供了佐证和参考。

关键词：空间模型理论运动学工作空间各项同性速度极值

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无线传感器网络中的自身定位算法研究

无线传感器网络中的自身定位算法研究

作者：宫召杰中国海洋大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是微机电系统、片上系统和无线通信技术高度集成而孕育出的一种新型信息获取和处理模式。它在环境、健康、家庭、军事、空间探索和灾难拯救有广阔的应用前景,作为一个全新的领域,向科技工作者提出了大量的挑战性的研究课... 详细信息

无线传感器网络是微机电系统、片上系统和无线通信技术高度集成而孕育出的一种新型信息获取和处理模式。它在环境、健康、家庭、军事、空间探索和灾难拯救有广阔的应用前景,作为一个全新的领域,向科技工作者提出了大量的挑战性的研究课题。对于大多数的应用,不知道传感器的位置而感知的数据是没有意义的。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明“在什么位置或区域发生了特定事件”,便于实现对外部目标的定位和追踪。由于节点采用电池供电,低功耗是其最主要的设计目标,而人工部署和为所有网络节点安装GPS接收器都会受到成本、功耗、扩展性等问题的限制,甚至在某些场合可能根本无法实现。因此针对其密集性,节点的计算、存储和通信等能力都有限的特点设计有效的低功耗定位算法是本文的研究重点。本文介绍了节点的定位机制,并归纳和总结了己有的无线传感器网络自身定位系统和算法。大部分定位算法应用一个潜在的假设是网络的拓扑是各向同性的,由于地理形状,不同的节点密度,不规则的无线路经,和各向异性的地理条件等,定位算法的性能急剧恶化。本文在PDM定位算法的基础上,提出了一种新的自身定位算法——改进型估计距离影射定位算法。利用网络的局部相似性,把传感器网络进行分块,再局部进行定位。通过采用分布式的执行方式,设计了一种线性影射方法,采用非奇异变换技术在嵌入式空间中把估计值转换为距离值,然后通过三角测量法计算节点位置。同时,为了提高覆盖率,设计了一种基于验证的循环迭代算法。此外,对提出的算法性能进行了理论分析和仿真验证。在各项同性网络和各项异性网络的模拟环境下,从节点的连通度和锚节点密度两方面对定位精度的影响进行了仿真实验。仿真结果表明,该算法在各项同性网络中和其它定位算法相比具有同样的定位精度,在各项异性的网络中提高了定位精度。该算法利用局部信息对节点进行定位,可减少许多数据包的传输,从而节省节点的能量消耗,非

关键词：无线传感器网络自身定位算法各项同性各项异性

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并联机器人及并联微动工作台研究

并联机器人及并联微动工作台研究

作者：宋昆鹏合肥工业大学

学位级别：硕士

本文结合一种平面3-RRR并联机器人的研制,对其运动学、静力学和动力学问题进行了全面的研究。首先根据机器人的运动约束条件建立了其运动学模型,进行了位姿反解、正解,并用几何法确定了其工作空间;利用雅可比矩阵的概念建立了输入输出... 详细信息

本文结合一种平面3-RRR并联机器人的研制,对其运动学、静力学和动力学问题进行了全面的研究。首先根据机器人的运动约束条件建立了其运动学模型,进行了位姿反解、正解,并用几何法确定了其工作空间;利用雅可比矩阵的概念建立了输入输出速度之间的关系,在此基础上提出了位姿反解的唯一性规定和位姿正解的区域搜索法,消除了位姿反解过程中产生的复解问题,也使位姿正解更简单而全面。论文随后提出了奇异点阈值的概念,利用此概念进行机器人位姿的奇异性判断,并利用Matlab仿真软件将奇异点在工作空间内的分布情况可视化、直观化。运用雅可比矩阵的条件数指标对机器人在工作空间内的精度性能进行了衡量,并提出了雅可比矩阵的2-范数指标,以衡量并联机器人运动精度对输入误差的敏感程度。文章还建立了结构参数误差模型,提出了结构参数的识别算法,以消除结构参数误差对机器人精度的影响。论文还提出了PC机计算生成运动数据、单片机根据数据执行控制的合理的并联机器人运动控制方案,这种方案具有计算速度快、结果直观而形象等特点,且微控制器的重新编程容易,使系统具有较好的柔性。GUI的使用则使运动的模拟和数据的生成更加便利,界面也更为友善。最后,以平面3-RRR并联机器人的性能研究和系统研制为基础,文章根据条件数指标,对并联微动工作台进行了结构优化设计,使之满足各项同性要求,从而确定了微动台的理论精度。此外,还对微动台的运动控制方案给出了建议,为并联微动台的成功研制奠定基础。

关键词：并联机器人奇异性各项同性并联微动台

1.5T MR3D-SPACE序列在膝关节半月板损伤中的诊断价值

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1.5T MR3D-SPACE序列在膝关节半月板损伤中的诊断价值

作者：姜言梅青岛大学

学位级别：硕士

目的运用1.5T磁共振扫描膝关节,通过3D-SPACE(三维快速自旋回波序列)扫描得出的各项同性数据,多平面重组观察半月板,得出诊断结果。常规2D SE扫描序列得出的图像诊断半月板损伤,比较两者在半月板损伤中的诊断价值,以及在半月板分级诊断... 详细信息

目的运用1.5T磁共振扫描膝关节,通过3D-SPACE(三维快速自旋回波序列)扫描得出的各项同性数据,多平面重组观察半月板,得出诊断结果。常规2D SE扫描序列得出的图像诊断半月板损伤,比较两者在半月板损伤中的诊断价值,以及在半月板分级诊断中的准确率。方法在膝关节半月板损伤病人检查时,常规SE序列扫描同时加做3D-SPACE序列,所有病例均进行常规2D-FSE序列,包括冠状位、矢状位、轴位2D-FSE序列,以及3D-SPACE(三维快速自旋回波序列)序列,并进行膝关节镜检查,来评价半月板损伤的情况。观察两种扫描方法得出的图像,分别记录其诊断结果,以膝关节镜检查为金标准,比较两种扫描方法在半月板损伤中的诊断符合率,探讨3D-SPACE序列在半月板损伤分级诊断中的应用价值。结果1、3D-SPACE(三维快速自旋回波序列)序列诊断半月板损伤的特异度为95.92%、敏感度为90.57%、阳性预测值为96%、阴性预测值为98%、准确率为95%。2D序列诊断半月板损伤的特异度为92%、敏感度为92.16%、阳性预测值为94%、阴性预测值为96%、准确率为93%。3D-SPACE序列和2D常规扫描序列在半月板损伤中诊断符合率分别为95%和93%,用卡方检验进行比较两种序列在半月板损伤的诊断符合率,X2=0.355,P>0.05,差异没有统计学意义。2、3D-SPACE(三维快速自旋回波序列)序列获得的各项同性数据,可以进行多平面重组观察,因此可以将半月板损伤的微小细节显示的比较清楚,减少了由于部分容积效应带来的比较模糊的关节损伤,可以更好的显示半月板周围的细小结构的关系,对于常规2D序列因部分容积效应不能明确分级的Ⅱ、Ⅲ级信号可以更好的显示。用卡方检验进行比较两者的诊断准确率,X2=0.024,P各项同性的高分辨率图像,通过多平面重组观察,可以更为准确的显示半月板的解剖结构及周围微小结构,对于1毫米以下的半月板损伤仍然能十分清楚的显示。3D-SPACE与常规序列在诊断半月板损伤中具有相似的诊断能力,但在明确半月板损伤分级诊断中具有较明显的优势,对于是否达到关节镜的手术指证提供更多的影像学依据,术前定位更加准确,在诊断膝关节半月板损伤中具有潜在的应用价值。

关键词：各项同性膝关节半月板磁共振成像快速自旋回波