无泵驱动体外膜肺治疗犬急性呼吸衰竭时的内皮素-1水平变化

目的观察双侧股动脉-股静脉无泵驱动体外膜肺(bAV-ECMO)治疗急性呼吸衰竭犬,血浆及肺组织内皮素-1(ET-1)的表达变化.方法10只犬在建立急性呼吸衰竭模型情况下给予bAV-ECMO治疗.分别于实验开始前、模型建立完成时、转流开始后1,2,3,4h取肺组织及血浆.应用放免、免疫组化,观测bAV-ECMO期间血浆、肺组织匀浆ET-1变化,及与组织损伤的关系.结果犬ARDS模型血浆ET-1含量在原有基础上(模型完成时)先降低,1h后开始回升,2h达到高值,之后缓慢下降;肺组织匀浆ET-1含量转流2h达到高值,之后缓慢下降.统计分析表明匀浆和血浆各自ET-1的均数在转流前后差异有统计学意义.肺组织匀浆ET-1转流3h与4h差异无统计学意义.结论对于急性呼吸衰竭bAV-EC-MO的早期治疗有积极意义.

无泵驱动体外膜肺转流治疗急性呼吸衰竭犬过程中血浆和肺组织ET-1、TNF-α水平的变化

目的观察双侧股动脉-股静脉无泵驱动体外膜肺(bAV-ECMO)治疗急性呼吸衰竭(ARF)犬过程中血浆和肺组织肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和内皮素-1(ET-1)的变化。方法10只犬在建立ARF模型情况下给予bAV-ECMO治疗。分别于实验各时段提取肺组织及血浆,应用放射免疫技术检测TNF-α、ET-1的变化。结果模型动物血浆ET-1含量先降低,1 h后开始回升,2 h达到高值;肺组织匀浆ET-1含量增加在转流2 h达到高值。方差分析表明匀浆和血浆各自ET-1的均数在转流前后有显著性差异(P<0.05)。肺组织匀浆和血浆TNF-α含量转流3 h后均较术前有所增高,但都呈现出先降低后升高的趋势。方差分析表明匀浆和血浆中各自TNF-α的均数在转流前后有显著性差异(P<0.05)。结论bAV-ECMO早期转流可能减少ET-1的释放;而TNF-α在转流早期对于ET-1释放影响不大。

无泵驱动体外膜肺治疗急性呼吸衰竭犬肺组织内皮素-1前体原mRNA的表达

目的:观察双侧股动脉-股静脉无泵驱动体外膜肺(bAV-ECMO)治疗急性呼吸衰竭犬肺组织内皮素-1前体原和内皮素-1(ET-1)的表达.方法:10只犬在建立急性呼吸衰竭模型情况下给予bAV-ECMO治疗.分别于模型建立完成时、转流开始后1,2,3,4h取肺组织.应用放免及RT-PCR技术,观测bAV-ECMO期间肺组织匀浆ET-1变化、肺组织ppET-1mRNA的转录表达变化.结果:犬ARDS模型肺组织匀浆ET-1含量转流2h达到高值,之后缓慢下降.方差分析表明肺组织匀浆ET-1的均数在转流前后差异有统计学意义.肺组织匀浆ET-1转流3h与4h差异无统计学意义.RT-PCR对ppET-1mRNA的结果与肺组织匀浆ET-1放免结果相一致.结论:对于急性呼吸衰竭bAV-ECMO的早期治疗有积极意义.

网格结构Pneu-Net软体驱动器内部压力分析与应用

从流体力学的角度来对驱动器内部气压分布进行分析,利用长波近似的方法将气动网格软体驱动器简化成弹性直管道,推导出驱动器内部流体流动控制方程,得到驱动器内部气压、轴向位置与时间之间的关系,并通过实验验证了控制方程的准确性。根据管径越小流阻越大的特性,设计了一种气道半径渐变的三关节仿生手指,实现三关节仿生手指在单气源输入下的依次顺序弯曲,简化了气压驱动的控制方式。

折纸形气动软体驱动器设计与性能分析

为了实现气动软体驱动器的大变形,利用折纸结构的折展变形设计一种新型的软体驱动器。建立了该驱动器气压与其弯曲角度之间的关系,建立了驱动器的运动学模型,分析了结构参数对驱动器弯曲性能的影响,分析表明可通过调节气压实现弯曲形态的变化。制作样机,搭建实验平台进行运动和力学性能测试。实验结果表明所设计的驱动器具有两段不同的弯曲特性,可以展现出不同运动形态,可操纵诸如豆腐、水果等表面光滑、易损坏、易变形的物体。当气压为100 kPa时,末端力可达11 N。说明所设计的驱动器具有较好的形状适应性和高负载能力,为软体驱动器设计提供新思路。

基于柔性传感器的绳驱动连续体机器人反馈控制

鉴于绳驱动连续体机器人独特的柔顺性使得其骨架变形难以通过传统的刚性传感器测量,另一方面,基于分段常曲率假设建立的运动学模型开环控制存在位置精度低的问题。本文以模块化设计的绳驱动连续体机器人为研究对象,利用了一种弹性磁电应变传感器并建立了多元回归模型实现机器人形状感知。通过一种运动空间映射方法实现了机器人柔性臂在三维空间内的闭环反馈控制。最终搭建了机器人样机平台并进行实验验证。结果有力地证明了基于柔性传感器的反馈控制方法的可行性和准确性。

增材制造复杂流道水冷电机壳体对驱动电机持续功率影响的研究

目的提高量产铸造电机壳体的换热效率,确保电机在高功率持续工作状态下不会过热,从而提高电机的持续功率。方法基于增材思维对电机水冷壳体的流道进行优化,改变流道形状以增大流道表面积、消除流道涡流并减小流道与内壁的间距。通过仿真分析,不断优化迭代得到最佳的流道设计方案。运用选区激光熔化(SLM)增材技术及相应的后处理工艺,制造出复杂流道结构的电机壳体。结果采用SLM增材技术制造的AlSi10Mg铝合金壳体在x、xz、z 3个方向上的屈服强度均大于230 MPa,即使在较小壁厚的条件下,壳体强度仍满足设计要求。采用该壳体后,电机的持续功率从原量产电机的45 kW提升到50.7 kW,且仍能连续稳定运行45 min,同时电机温度未超过130℃。微观组织检测和工业CT测试结果显示,SLM电机壳体结构致密,未见气孔夹杂。该增材制造壳体的质量为6.95 kg,与量产电机壳体相比,减重约19%。结论通过增材制造技术设计制造的电机壳体整体性能良好,可以有效提高换热效率以及电机的持续功率,并实现了电机的减重。

单气腔仿肺软体驱动器建模与变形特性分析

放射治疗是肺癌治疗的重要手段,然而肺部肿瘤随呼吸运动产生的空间运动,对精准放疗提出了挑战。针对目前精准放射治疗中图像引导带来的对健康组织的额外辐射剂量问题,本文提出一种利用仿肺软体驱动器体外模拟肺的呼吸变形运动,通过建模预测肺部肿瘤运动的思路,从而减少患者接受额外辐射剂量,实现精准并安全的放射治疗。首先利用CT图像精准完成肺部的外形还原,然后得到的肺部随呼吸的变形运动规律。在此基础上,设计了肺部空腔的形态,并通过变形仿真验证了结构设计的合理性,据此制作了仿肺软体驱动器样机。最后,通过给予离散化的周期性气压来模拟实际的呼吸状态对样机进行了测试。实验结果表明:所设计仿肺软体驱动器可以按预期完成呼吸变形模拟,最大气压为45 kPa,最大轴向位移为5.9 mm,最大径向位移为3.4 mm。仿肺软体驱动器具有良好的呼吸运动变形模拟效果,可以为肺部肿瘤精准安全放射治疗提供借鉴。

Pneu-net型变曲率软体驱动器弯曲性能与控制的研究

气动软体驱动器是气动软体机器人的基础和关键元件,在实现软体机器人弯曲运动方面有着无可比拟的优势。但是气动软体驱动器在结构和材料方面都存在明显的非线性,这对软体驱动器的建模和精确控制提出了很大的挑战。本文基于分段常曲率变形假设、Yeoh超弹性材料本构模型和虚功原理建立了pneumatic networks (pneu-net)型常曲率软体驱动器的弯曲数学模型,通过有限元仿真研究了结构参数和输入气压对驱动器弯曲性能的影响。在此基础上提出了变参数变曲率驱动器设计,建立了其弯曲变形预测模型,并进行了多驱动器一致性误差分析,有限元仿真和实验验证了模型的有效性。最后对软体驱动器的力输出特性进行了实验测试,制作了一个三指软体抓手,通过实验展示了软体抓手抓持不同物体的性能。

基于改进三元模型的波纹管型气动软体驱动器神经网络滑模控制

针对一款波纹管型气动软体驱动器,提出了一种基于改进三元模型的滑模控制方法,并使用RBF神经网络补偿扰动以实现该型驱动器在竖直方向上对期望轨迹的跟踪控制。首先搭建波纹管型气动软体驱动器实验平台,测试并分析该驱动器的动态特性,基于上述动态特性提出波纹管型气动软体驱动器的改进三元模型;然后利用采集到的实验数据,基于最小二乘算法对其进行参数辨识,从而获得所提模型的参数;进而结合改进三元模型设计滑模控制器,使用RBF神经网络对集总扰动进行补偿,并利用Lyapunov方法分析系统的稳定性;最后通过一系列实验验证了所提方法的有效性。

多自由度气动软体手部康复驱动器

针对软体手部康复驱动器自由度单一的问题,提出一种适应人手运动特点的多自由度软体手部康复驱动器。通过在3个关节处配置锯齿结构半波纹管气腔,并在掌指关节位置增加双向方形气腔,分别实现手指的屈伸、收展运动。根据分段常曲率假设模型建立驱动器气腔的弯曲角度与输入气压之间的非线性关系,并通过有限元分析探究气腔壁厚、长度、间距及数目与气腔弯曲性能的关系。采用硅胶灌注成型制作软体手部康复驱动器并搭建实验平台,对其进行弯曲性能测试。特性测试结果表明,当气压为60 kPa时,驱动器收展角度为21.8°;当气压为25 kPa时,驱动器屈曲角度为254.8°,符合人体手指运动范围。

刚度增强型气动软体驱动器优化设计与试验

针对软体机器人刚度不足的问题,设计了一种内置弹性骨架的刚度增强型气动软体驱动器。基于二参数Yeoh模型建立驱动器材料本构模型,通过拉伸试验获得材料参数。利用有限元分析软件优化驱动器设计,分别对气囊结构、几何参数,纤维线径、缠绕角,弹性骨架刚度等进行仿真分析,获得设计参数对驱动器弯曲角度和刚度的影响规律。由仿真结果可知:具有扇形截面气腔、较大长径比、较薄外壁厚、较大腔室角及较细纤维线径的驱动器能提供更高柔性,而内置的弹簧骨架能够在保证柔性的同时提升刚度。根据优化设计结论,制作驱动器样机并进行试验验证。结果表明:设计的软体驱动器动作灵活柔顺,在0.16 MPa气压下弯曲角度可达55°,增设适宜骨架后,刚度提升了65.4%。

复合变形软体驱动器设计及试验

模拟蚯蚓肌肉特性,设计了一种单气道多气室复合变形软体驱动器。气室由环形气室和线性气室组成。在气压作用下,该驱动器可同时实现径向膨胀和轴向伸长。为提升性能,利用ABAQUS软件仿真分析外形结构参数对变形性能的影响。制作样机并进行变形量与输出力测试。结果表明:在气压作用下,驱动器可实现径向膨胀和轴向伸缩。在0.12 MPa气压下,膨胀区直径为70 mm的驱动器最大径向膨胀率和轴向伸长率分别为19.1%和9.8%,径向力和轴向力分别可达70.0 N和32.8 N。

基于实测载荷谱的电驱动总成差速器壳体疲劳寿命研究

提出了基于实测载荷谱的电驱动总成差速器壳体疲劳寿命分析方法。以某电动汽车电驱动总成差速器壳体为研究对象,建立了壳体有限元模型,进行了模态仿真分析,并进行了试验验证。在此基础上,以差速器壳体实测载荷谱作为载荷输入,以实车行驶工况为边界约束条件,对差速器壳体进行了动力学仿真分析。综合电驱动总成差速器壳体动力学有限元分析结果、名义应力法及壳体修正S-N曲线,对电驱动总成差速器壳体疲劳寿命进行了分析和研究。结果表明,差速器壳体疲劳失效位置与实际行驶时疲劳失效位置一致,基于实际行驶载荷谱能够准确分析差速器壳体实际行驶疲劳寿命情况。

仿生软体驱动器的研究综述

软体驱动器是智能和交互式软体机器人的核心部件,由于其高度的灵活性、良好的环境适应能力以及安全可交互等优势,被广泛应用于工业、农业、医学、救护和公告服务等领域。研究人员通过对生物的模仿制造出了各种类型的软体驱动器。围绕国内外近些年来软体驱动器的研究成果,介绍了国内外软体机器人中所采用的软体驱动器技术的基础研究发展现状;针对软体驱动器的基本特性对其进行了系统归纳分类,介绍了各类型软体驱动器的基本工作原理,介绍了各种软体驱动器各领域的的应用现状以及各种类型驱动器的优缺点和在实践应用中存在的问题;对软体驱动器未来的发展趋势进行展望。

面向空间操作的软体机器人:驱动、建模和感知

针对现有空间机器人难以满足在轨服务任务需求的问题,提出了将软体机器人进行空间应用的设想。在梳理软体机器人自20世纪至今发展历程的基础上,将软体驱动器分为流体驱动、形状记忆材料驱动、电驱动等几类,对比了不同驱动方式的驱动机理和适用环境。讨论了软体变刚度机构对于软体机器人操作能力的提升。分析了软体机器人运动学建模和动力学建模的困难性并总结了目前的研究方法。此外,提出了将柔性传感技术与人工智能算法相结合以提高软体机器人的智能化水平。最后分析了软体机器人空间应用可能面临的关键技术挑战,为未来空间软体机器人研究提供参考。

高伸缩比气动软体驱动器刚度特性研究

对一款由乳胶气囊、纤维布等材料组成的高伸缩比气动软体驱动器的刚度特性展开研究。根据软体驱动器的结构特点,采用理论与实验相结合的方法,改进软体驱动器的静态输出力模型,建立软体驱动器的静态刚度模型;并结合气体多变方程,建立软体驱动器的动态刚度模型,动态刚度为静态刚度与气压刚度之和;搭建软体驱动器静态刚度实验平台并对其静态刚度进行实验研究。结果表明:软体驱动器的静态刚度随膨胀高度的增大而减小,具有良好的线性关系和较小的相对误差,当供气压力为70 kPa时,软体驱动器静态刚度可达15 kN/m左右。对气压刚度进行仿真分析,结果表明:气压刚度主要受膨胀高度、供气压力以及激励位移的影响,当软体驱动器膨胀高度为30 mm、供气压力为10 kPa、激励位移为5 mm时,气压刚度仅为静态刚度的1/6左右。

用于手部康复的热塑性聚氨酯软体驱动器研究

针对软体康复训练手套制作流程复杂和辅助力低等问题,文章基于热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU),借助3D打印技术,研制具有单、双向软关节的分段式气动软体驱动器。通过有限元软件建立TPU材料超弹性本构模型,仿真分析软体驱动器弯曲特性,试验测试研究软体驱动器弯曲角度、运动轨迹和握力,结果表明,软关节特性满足人手关节最大弯曲角度120°需求,软体驱动器弯曲状态与人手运动轨迹相符,最高握力达11.5 N。直接3D打印的软体驱动器制作简单,辅助力强,满足手指康复训练需求,为手功能损伤患者提供一种更加安全有效的康复训练设备。

气动软体驱动器的活塞式驱动特性

为解决气动软体驱动器的气源问题,利用活塞式驱动方法实现软体驱动器的压力与变形控制。根据气动软体驱动器的基本力学特性,给出气动软体驱动器的线性化模型,建立了活塞式驱动软体驱动器的静力学模型及拮抗式驱动系统的活塞驱动模型。对活塞式驱动的伸长型和弯曲型软体驱动器进行了测试,活塞位移和软体驱动器的变形之间近似呈线性关系,与理论相符合。活塞式驱动方法简化了软体驱动器的能源部分,为流体驱动软体机器人研究提供了具有应用潜力的能源控制解决方案。

基于质子交换膜的气动软体驱动器的自密封结构

对于现有的基于质子交换膜的气动软体驱动器,其密封结构是通过软体结构与质子交换膜直接粘接形成的,承受的工作压力较低,从而限制了软体驱动器的性能。为提高基于质子交换膜的气动软体驱动器的工作压力,设计一种利用气动软体驱动器的气腔内压实现密封的自密封结构。通过有限元分析法,分析自密封结构的密封特性以及关键结构参数如斜面倾角、密封圈结构顶面宽度及气腔内侧壁厚度对密封性能的影响。结果发现:增大密封圈结构斜面倾角和顶面宽度,以及降低气腔内侧壁厚度,均能提高自密封结构的密封能力;相较于斜面倾角和气腔内侧壁厚度,改变密封圈顶面宽度能够更显著提高自密封结构的密封能力。结合有限元仿真分析的结果,通过实验测试自密封结构的密封性能。结果表明:采用该自密封结构的基于质子交换膜的气动软体驱动器工作压力更高,变形能力和负载能力更强;而且自密封结构通过密封失效能够对软体驱动器的结构起到过压保护作用。