基于刮涂微结构的柔性电容式触觉传感器特性研究

性能优异、持久耐用、制备效率高且成本低的柔性触觉传感器是智能电子皮肤、人机交互、医疗保健的迫切需求。大多数微结构电容式触觉传感器需要洁净室微制造,增加了制作过程的复杂性及制作成本。本文介绍了一种新型且简易有效的方法,通过简单的工具在聚偏氟乙烯—六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)离子凝胶膜表面大面积制作不同尺寸的微结构,并对其传感特性进行了测试和比较。实验表明:传感器在1.2kPa的压力范围内具有灵敏度高(46.8kPa-1)、检测限低(16Pa)、响应速度快(20ms)等综合性优势;经过6000次高压力循环加载后,不偏离初始性能,表现出极强的鲁棒性以及实用性。本文提出的方法可以显著提高传感器的制备效率和整体性能,同时降低制备过程的资金和时间成本。

基于RFID的人体姿态识别方法研究

人体姿态感知是未来智能护理场景的主要挑战之一。然而,视觉技术会涉及遮挡、光线条件、侵犯隐私等问题;可穿戴运动跟踪设备会增加人体负担,降低舒适性。针对以上问题,提出了一种基于射频识别(RFID)的方法进行全肢体姿态估计,能够有效克服遮挡、穿戴舒适性差等问题。首先基于相位差信息提出了一种细粒度肢体运动模型,通过构建似然函数来进行人体关节角度估计;引入正运动学构建多肢体联合运动模型,结合双天线融合算法进行三维关节角度估计;最后结合人体骨骼模型与肢体关节角度来重建人体姿态。实验结果以Kinect 2.0为标准,测得的四肢平均关节角度误差约为6°,平均关节位置误差约为4cm,表明该系统可以有效地实时监测全肢体姿态。

消耗系数矩阵的逆向经济调整

利用RAS法和正特征矢量法 ,根据实际经济意义 ,从理论上给出逆向调整直接消耗系数矩阵的一种方法 ,可以节省大量的人力物力 ,并能对宏观经济各部门的发展加以分析 .

基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法

针对冗余机械臂柔顺控制过程中某些关节运动可能超出安全范围导致安全事故的问题,提出一种基于关节优先级的冗余机械臂柔顺控制方法。此方法通过雅可比矩阵的加权广义逆矩阵与阻抗控制中机械臂的末端速度相结合,计算出关节角度增量,并对关节角度进行迭代更新。在机械臂运动过程中,为减小超限关节的角度增量,将相应关节设置较小的关节优先级,将超限关节角度变化保持在安全范围内。最后使用一种八自由度的冗余机械臂进行柔顺控制实验验证。结果表明:将相应关节设置较小优先级后,该关节角度增量减小,证明了该柔顺控制方法的可行性和有效性。

矩阵相似于对角阵的条件

介绍矩阵相似于对角阵的八个引理,由此给出矩阵相似于对角阵的五个定理和两个推论.

一种大规模散乱数据自适应压缩与曲面重建方法

针对大规模散乱数据点云,提出了一种基于曲率与距离的三角网格抽样方法。算法既能保证所生成网格曲面中每个三角片具有较好的形状,又能较鲜明地刻画曲面的细节特征。同时还能将原先规模较大的点云压缩到事先可控的数量上,是一种简单高效的自适应压缩和曲面生成方法。

采用无阀微泵的微调焦系统特性研究

该文提出了一种由一组无阀压电微泵、调焦透镜、储液容器、位移传感器、电源和控制器等组成的微流控调焦透镜系统,介绍了该系统的结构及工作原理,建立了无阀压电微泵及系统的动态数学模型,并利用Matlab/Simulink软件,分别对单泵工作和双泵工作两种工作模式下系统的动态特性进行了仿真研究,给出了仿真结果并进行了分析。

基于双电层电容的柔性触觉传感器机理研究

触觉信息是机器人感知工作环境的重要途径之一,也是人机协作中保证安全性和舒适性的关键因素。然而,相对于视觉、听觉、嗅觉传感器的发展,机器人触觉传感器的应用和产业化仍相对滞后。提出了一种基于双电层电容原理的机器人柔性触觉传感器,该压力传感器具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、高柔性、高信噪比、制备和使用成本较低等优点。传感器由上下两层电极以及中间离子凝胶的纤维层组成,当外界压力作用在传感器上时,离子纤维层压缩,电极与离子纤维层接触面积增大,导致传感器电容变大。实验数据表明,压力和电容有着良好的线性关系,且传感器灵敏度高,可达到3.97 nF/kPa,压力测量范围广,可达到500 kPa,最大迟滞性误差为5.97%,且动态响应可以较好跟随外部压力刺激。此柔性触觉传感器可广泛应用于机器人传感、人机交互、可穿戴设备等场合,具有广泛的学术研究意义和产业推广价值。

三入口单级分形微流控浓度梯度芯片的设计与性能分析

传统浓度梯度生成方法具有效率低、梯度不够精确、稳定性差等不足,微流控芯片因其特征尺寸小、反应快、精度高和易操控等优点,被广泛用于微流体浓度梯度生成。微流控芯片的通道结构与进样条件对浓度梯度的生成具有重要影响。基于自相似分形理论,开发了三入口单级分形微流控浓度梯度芯片。建立基于有限元的多物理场耦合模型,通过归一化流量矩阵与浓度矩阵的耦合设置,得到呈偏态分布与正态分布的浓度梯度分布规律。以红色染料与去离子水为样本进行实验,结果与数值模拟吻合较好,验证了芯片设计的科学性与有效性。

“需求”拉动式教学方法研究

社会经济的新发展,必然引领高等教育的新变革。以需求为导向,拉动工程学科教育与教学,将极大地促进工程教育的教学方式变革。本文尝试探索将企业生产管理中的JIT体系引入工程学科的教学,充分利用现代信息技术手段,构建以“微课”为点,“实训”为线的拉动式教学方法。经过初期的应用推广,显著改善了传统学科导向型教学方式的效果,能够引导学生转向主动学习和创新性探索。

基于可控微气泡的声涡流颗粒轨迹变化研究

超声波与液体中微尺度气泡相耦合时,会产生独特且复杂的声流动(Acoustic Streaming)现象,已被广泛的应用于医疗、生命科学、军事等领域。然而,在气泡声流控(Bubble Acoustic)应用以及研究中,对微尺度气泡形态和尺寸难以形成有效控制,使得该项技术的可重复性和应用范围受到限制。针对此问题,引入了可控微尺度气泡的概念,利用聚二甲基硅氧烷材料的透气斥水特性,可实现对微尺度气泡生成及其形态变化的有效控制。在此基础上对声流动涡流中颗粒的受力状态进行了理论分析,并通过改变对比实验的核心参数,探究声流动引起的涡流中颗粒运动轨迹与气泡尺寸、颗粒尺寸之间的关系。研究结果表明,通过调节气泡尺寸可实现稳定、线性的声场涡流控制。可控微尺度气泡的引入提高了声流动现象的可重复性,并拓宽了气泡声流控技术的应用范围,对建立自动化、智能化、柔性化的快速细胞分选系统以及疾病快速检测系统具有重要意义。

基于微流控驻停气泡的连续型气-液微反应器

快速高效的气-液反应对生物物理学、化学和医学领域的发展具有十分重要的意义。微流控系统以其高传热传质效率和低物质消耗等优点为气-液反应提供了一个新的平台。介绍一种基于微流控驻停气泡的新型气-液微反应器系统,该系统利用微流道中的气泡和流动液体反应物之间稳定可控的气-液体界面来加速传质。微流控驻停气泡通过流体通道壁上特殊设计的裂隙结构生成,这使驻停气泡易于阵列。驻停气泡的大小和形貌通过改变气体质量传递来控制和调节,进而实现对气-液界面物质交换的有效控制。提出的微反应器为纳米晶体合成、先进生物材料制备等应用提供可控且稳定的气-液界面。

基于柔性可控气液界面的微尺度执行器

为了在微尺度范围内实现对目标对象进行柔性施力、推拉等一系列微纳操作,提出一种通过生成控制单个微尺度气泡直接与目标对象进行微纳操作的方法。当用气泡作为执行器对目标对象施力时,由于气体的可压缩性,气泡会被挤压变形,实现了柔性施力的过程。首先通过毛细管连接气泵的方式在液体环境下生成单个微尺度气泡,并定性分析气压法生成控制气泡变化的过程;随后,为了验证气泡可以作为执行器对研究对象进行施力,实验以一个微型悬臂梁作为参照物,气泡作为执行器对悬臂梁的末端施力,通过悬臂梁的形变来估算气泡的施力值。对实验数据进行分析,得出气泡作为执行器特性以及气泡的形变与其输出力之间的线性关系。

微尺度驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力

在微流控系统中,稳定、可控的柔性气-液界面可实现声流体颗粒富集、微纳操作、快速气-液反应等各种实际物理和生化应用.微流道内气-液界面的抗流体剪切能力对于增强微尺度下气-液界面的可控性具有十分重要的意义.为此,文章研究了具有高稳定性、高可控性、可阵列化的微尺度驻停气泡现象.利用嵌入局部裂隙的微流道以及与之平行的气体流道,可对驻停气泡的生成和形态进行有效调节,并利用其可控的气-液界面实现多种功能化应用.在此基础上,文章进一步研究柔性可控气-液界面的抗流体剪切能力,对形态变化中的气-液界面受力进行分析,利用仿真和实验手段研究不同状态下气-液界面的形状特征,研究不同的液体驱动压力、裂隙尺寸以及裂隙形状对气-液界面抗剪切能力的影响,并将界面的曲率半径作为气泡驻留与否的判定依据.文章对驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力的研究有助于优化其控制方法,增强其控制稳定性并拓展其潜在应用场合.

基于仿生结构的剪切力放大机理研究

人体皮肤表皮层与真皮层之间的乳头脊结构会对触觉感知产生放大作用,将上述皮肤结构进行简化并构建三种互锁物理结构,结合压电PVDF薄膜材料,通过理论分析和实验验证等形式对放大机理进行研究。阐述仿生结构触觉放大机理,并从结构、尺寸和材料三个方面对放大效果的影响进行理论与实验研究,验证了构建的仿生褶皱结构对剪切力信号的放大作用,并进一步推进了对皮肤乳头脊结构触觉放大机理的研究。上述研究对深入研究人体皮肤触觉感知机理和电子皮肤触觉传感器具有重要意义。

基于智能平台的低成本细胞计数系统

针对传统细胞计数仪体积庞大,价格昂贵等问题,文中设计了一款基于智能平台的低成本细胞计数系统与面向牛奶体细胞计数的微流控芯片。系统依靠微米级功能化模块,借助微通道、微反应器形成微流体网络,实现目标细胞的检测、处理和分析,以统计、图像处理算法为基础,以更加友好的方式向用户提供信息。经验证,系统性能稳定,可满足准确计数的要求。

直接消耗系数矩阵特征值的经济意义研究

基于Leontief提出的投入产出分析和华罗庚的正特征向量法,对直接消耗系数矩阵的特征值进行研究。根据中国多年的实际消耗系数数据计算,得出矩阵特征值具有很好的规律性。根据推广的有消费的华氏开放模型,矩阵特征值的经济含义是它表示一个界限,总投入系数必须大于矩阵的最大正特征值,是保证国民经济总产出不断增长的条件之一。中国的国民经济从1987年开始,到2007年,总产出不断增加的原因之一是因为总投入系数不断增大。

T型长板焊接温度场与应力场分析

利用有限元软件Ansys对4 m长T型焊接节点焊接过程进行数值模拟。采用间接耦合的方式,先进行热分析得到温度场,然后进行结构应力分析,最终得到应力场。研究发现,焊接之后会产生极不均匀的温度场,进而会产生较大的焊接残余应力以及残余变形,将计算结果与试验结果进行对比,温度场符合度较高,焊接残余变形有一定误差。为了研究焊接边界条件对于焊接残余变形的影响,对其进行参数分析,发现焊接时将板支撑焊接可以有效地减少残余变形。