面向未来的智能人工关节设计研究

未来的医疗技术会逐渐朝着更智能、更个性化的方向发展,人工关节设计研究也不例外。在全球老龄化与关节疾病日益增多的背景下,传统人工关节设计容易存在耐用性和适配性方面的问题。新的智能人工关节设计研究就可以将先进的传感器、智能材料和数据分析技术结合在一起,以此突破这些限制。首先研究了研究智能人工关节的重要性,其次分析了传统人工关节存在的主要问题,最后探讨了面向未来的智能人工关节设计,希望通过研究可以改变关节置换手术的面貌,为医疗领域带来新的机遇。

滚动摩擦:一种新的人工关节设计

针对人工关节磨损颗粒导致的骨吸收、骨溶解现象以及由此引起的假体远期松动问题,基于滚动摩擦原理,提出了一种新的无聚乙烯滚动式人工关节设计思想,并以滚动式人工髋关节和滚动式人工膝关节设计为例探讨其基本设计原理。滚动式人工髋关节通过滚动轴承将原有人工半髋关节与天然髋臼之间的滑动摩擦在屈伸运动方向变为滚动摩擦,滚动式人工膝关节则通过滚动轴承将膝关节在屈伸运动方向上的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而能有效降低人工关节运动时的摩擦阻力和假体—骨界面间的应力,降低了金属假体的磨损。滚动式人工关节假体设计由于没有采用聚乙烯作为主要的摩擦件,从而完全避免了聚乙烯磨粒及其引起的生物毒性作用,为有效降低假体的远期松动提供了新思路。

游艺人形机器人关节设计与运动研究

关节的设计与运动是游艺人形机器人设计与研究的关键所在,它直接影响着机器人动作姿态和平衡。基于此,重点研究了游艺人形机器人的关节结构设计和关节运动。利用人体工学原理和有限元分析方法,设计了机器人手部和腿部关节。建立关节坐标和计算,获得了关节位置和速度的求解方法。分析运动的平衡,有效解决机器人运动过程中的平稳性,研究滑移的作用和滑移力的计算,很好地解决了机器人行走、转身和侧移等人形动作的实现问题。提出固定频率的电流控制方法,并在此基础上实现了机器人行走关键步态的规划。

非线性结点探测器的关节设计与分析

设计了一种具有4个关节的便捷式非线性结点探测器,以解决产品探测高度有限、携带与操作不便等问题。采用D-H建模方法和蒙特卡洛方法,分别对其进行运动学分析和工作空间分析。仿真和试验结果都验证,结点探测器样机工作空间大,操作简单,各关节设计比较合理。因此,得到一种多关节结构的设计方法。

剪纸动画片角色关节设计刍议

本文以剪纸动画片为研究对象,通过对剪纸动画片特点的分析,总结其优点与局限性,并根据这些优缺点提出在剪纸动画片角色造型设计中,尤其是可以"活动"的关节、骨架设计技巧上展开浅显研究与探索,以期总结出一套指导日常教学、师生实践创作、大学生学科竞赛、毕业作品设计等相应理论成果。

运动解耦机理分析与解耦关节设计

分析了运动解耦机理,提出了只有结构解耦才能方便地做到运动解耦,给出了结构解耦的条件:所有回转轴线交于一点,前面的转动使得有关回转轴线的位姿发生变化,后面的转动按照已经发生变化的回转轴线转动,即保证杆的长度不发生变化和杆的回转中心不发生平移。在此基础上,设计了一种三自由度运动解耦液压伺服关节。

基于LifeMOD的个性化人工膝关节设计中的生物力学分析

目的:探讨个性化设计的人工膝关节植入人体后的生物力学响应。方法:基于生物力学数字仿真软件LifeMOD,建立健康人体及人工膝关节置换术后人体步行的运动/动力学模型,对人体在步行过程中的运动和内部受力情况进行分析。结果:仿真得到整个步态周期中膝关节的运动的角位移、关节接触力以及韧带和肌肉的载荷曲线,通过对比分析,可知本文所设计的人工膝关节在步态特性方面较理想地复制了正常的膝关节。结论:本研究对探索人工膝关节的动态生物力学特性和关节假体的设计、性能评价以及临床应用等有重要意义。

3D打印下的定格动画应用研究——以面部表情和关节设计为例

目前,3D打印技术在动漫产业中得到多方面应用,这主要体现在定格动画制作、人物场景设计、衍生产品开发三个方面。定格动画制作周期较长,制作工艺也较为烦琐。3D打印技术使定格动画的制作材料不再局限于木偶、黏土等传统材料,制作方法上也能利用计算机技术克服传统手工方式的一些技术瓶颈,这极大地提升了工作效率。本文主要阐述计算机和3D打印技术的发展以及这些新技术在艺术领域的应用,并通过角色的面部表情以及关节的制作与研究,具体探讨定格动画中的3D打印模型结构以及设计方法。

空间机械臂机电一体化关节的设计与控制

空间站机械臂系统属空间站的重要组成部分,同时机械臂属空间站的关键技术。本文主要以空间机械臂电一体化关节的设计与控制为研究对象,分别从机电一体化关节总体方案、关节控制方案两大方面展开论述。

焊接机器人内载多关节机械臂的设计

焊接机器人在工业和制造业等行业得到了广泛应用,但由于其自身的机械结构是通过焊接或串联等形式设计,使得其整体的刚性无法充分满足焊接机器人在高强度工作中长时间运行。为解决该问题,文中先是通过对机械臂的设计原理和性能方面进行了分析,然后从焊接工艺、机械臂构型以及臂杆尺寸参数等方面展开相应的讨论。最后,结合动密封完成对机械臂电机设计,并在保证机械臂构件的强度和刚度基础上,实现对多关节机械臂的运动学、误差建模分析,利用多关节补偿法对其拟定的误差进行了相应修正,以此完成了焊接机器人的内载多关节机械臂设计,证明了该机械臂设计的可行性。

空间机械臂机电一体化关节控制设计探讨

目前,中国在空间机械臂机电一体化关节控制方面进行了较多的研究,但是都处在实验室阶段。为推进空间机械臂机电一体化关节的应用,首先对空间机械臂机电一体化关节控制设计方案进行分析,了解机械臂的功能需求;之后对空间机械臂一体化技术指标、控制精度及输出力矩进行分析,从而为空间机械臂机电一体化关节控制的设计打下基础,实现了空间机械臂机电一体化关节控制的设计。研究表明:空间机械臂机电一体化的设计实现了关节的小型化,满足了空间机械臂的需求,并且其关节构型能够提高结构的承载力。

蛇形机器人的机构设计及运动分析

蛇形机器人以其独特的身体结构和运动形式能够适应各种复杂环境。为了验证蛇形机器人的运动能力,设计了一种前进中可做周期性运动的蛇形机器人,重点讨论了其关节机构的设计和运动原理;通过建立蛇形机器人运动的数学模型,并结合其运动的周期性,详细分析了三连杆模型的运动步态特性。研究结果表明,三连杆运动步态提高了蛇形机器人的运动能力。

基于数值图谱法的下肢仿生关节康复器械

设计一种基于数值图谱法的下肢仿生关节康复器械,可以弥补传统下肢截瘫疗法中的不足,同时实现单个电机驱动2个关节,结构简单易于实现。通过分析人正常行走时的步态,确定了各关节的实现机构类型,采用特征参数法对各关节实现机构的各杆杆长进行设计计算,借助FFT(快速傅里叶变换)数学工具,提取机构的输出函数曲线的特征参数;应用Matlab编程对髋关节和膝关节进行设计计算,可达到设计目标。仿真结果表明:该方法拟合误差可以控制在5%范围内,不会对患者造成二次伤害。

中国人工髋关节置换的相关理论研究及技术应用

人工髋关节置换的应用已近百年，自20世纪60年代以来，进行了人工全髋关节置换术，并逐步制定和完善了手术标准。20世纪80年代起，生物固定的全髋关节置换术广泛应用于临床，同时骨水泥技术亦不断得到改良。人工髋关节从材料到手术技术均有长足的进步，本文将从4个方面介绍人工髋关节置换的中国之最。

基于混合建模技术的男体立裁人台手臂的研制

为解决现有人台手臂尺寸不标准、易变形、活动不便等问题,利用正、逆向混合建模技术和快速成型技术设计并制作出一种可活动式男体立裁人台手臂。基于三维扫描仪获取人体手臂点云数据,利用Geomagic及ZBrush软件重构手臂模型,采用Solidworks软件设计肩关节连接件,依托快速成型技术实现手臂模型雕刻、关节模型打印、连接片激光切割,并对自制人台手臂与市场上现有的产品进行对比分析。结果表明,自制人台手臂不仅保证了尺寸的准确性,还能够模拟人体手臂前后摆动、上下抬起的基础动作,满足了袖身设计时的活动性需求,可为人台生产企业提供技术参考。

女体立裁人台手臂的研制方法

为解决目前市场上人台手臂尺寸不准、容易变形、活动不便等问题,采用正逆向混合建模技术和快速成型技术研制出一种活动式女体立裁人台手臂。使用三维扫描仪获取女体手臂点云数据,利用逆向工程软件构建手臂模型,采用正向建模软件设计肩关节连接件,依托快速成型技术实现手臂模型雕刻、关节模型打印、肩部连接件激光切割,通过主客观实验,对比分析了自制人台手臂与市场上现有产品的性能差异。结果表明,自制人台手臂既能保证尺寸的准确性,又能模拟人体手臂前后摆动和上下抬起动作,满足了袖身设计的活动性需求,可为人台生产企业提供技术参考。

丝驱动蛇形臂机器人的被动柔顺特性分析

常见的丝驱动蛇形臂机器人在末端受到外部横向力作用时易发生丝松弛现象,导致丝驱动蛇形臂机器人的构型不可控,这种特性即为被动柔顺特性。为解决被动柔顺问题,首先总结并分析了典型丝驱动蛇形臂机器人关节类型及其结构特点。其次以一种含有典型关节的丝驱动蛇形臂机器人为例,详细分析被动柔顺特性的产生机理,进而提出一种被动柔顺指标。通过研究丝驱动蛇形臂机器人的关节结构参数对被动柔顺指标的具体影响,得到了可避免被动柔顺特性的关节参数设计要求。在此基础上,建立3种不具有被动柔顺特性的丝驱动蛇形臂机器人构节。

Android和ZigBee平台下的移动环境监控技术分析

近年来,3C技术和移动互联网技术快速发展,以物联网为中心的技术被广泛应用在环境监控领域,物联网技术的发展和应用顺应了时代发展潮流,有效满足了人们对生活信息化、智能化、高效化的需求。但环境监测具有很强的系统性和综合性,涉及到数据采集、数据传输、数据存储、数据分析处理、数据显示等内容。因此,如何快速有效的获取特定场所的信息和数据是目前物联网领域研究的重中之重。

一种恐龙机器人腿部设计与仿真

目前四足仿生机器人的应用设计研究较少,为四足机器人的进一步广泛应用,本文设计了一种新颖的恐龙机器人的腿部机械结构,通过Solidworks完成了腿部的结构建模,使用Ansys对机构进行了有限元分析及校核,使用Admas与Matlab联合仿真实现步态规划,结果显示该结构可以实现恐龙机器人的直线行走与摆动等动作,具有极高的实用价值。