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Optimal Design of Bionic Flexible Fixation System for MRI-Guided Breast Biopsy
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作者 Tianxue Zhang Yun-hui Liu 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2019年第6期1116-1126,共11页
In Magnetic Resonance Imaging(MRI)guided intervention procedures,the flexibility and reliability of the mammary gland fixation device are important indicators for cnsuring the quality of surgery.This paper presents a ... In Magnetic Resonance Imaging(MRI)guided intervention procedures,the flexibility and reliability of the mammary gland fixation device are important indicators for cnsuring the quality of surgery.This paper presents a bionic flexible fixation system for MRI-guided breast biopsy,and establishes a mathematical model of the palm-type curved plate and a breast compression model.The bending angle,eccentricity,and tightening stroke of the palm-type curved plate are considered the main influencing factors.The bending angle and eccentricity of the bionic palm-type curved plate and flexible fingers are optimized,and a prototype of the breast fixation system is developed.The experimental results show that when the external force is 10 N,the average repetitive accuracy of four lesion points is 0.71 mm,0.60 mm,0.63 mm,and 0.68 mm,respectively.When the pressures are 8 N,10 N,and 12 N,the thickness of the compressed tissue is 76.27 mm,72.8 mm and 68.73 mm,respectively.It has good repetitive accuracy and is compatible with the concept of flexible fixation that reduces the uncomfortable feeling of the human body.We propose that by optimizing the flexible tightening mechanism,it is feasible to properly control the external compression force to effectively reduce the compression pain for patients while guaranteeing the tightening reliability in breast biopsy. 展开更多
关键词 breast biopsy bionic palm flexible fixation optimized design MRI robotics
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基于壁虎干黏附的刚柔耦合捕获单元力学性能研究
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作者 王刘伟 宋逸 +6 位作者 魏安民 王炳诚 史旺林 陈深宝 李帅 张晓敏 戴振东 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第3期284-290,共7页
针对空间碎片清除和非合作目标捕获等在轨作业中的空间动态捕获问题,设计了基于壁虎干黏附机制的刚柔耦合黏附捕获单元,实现冲击接触下稳定黏附附着目标面。分析了碰撞黏附过程的动态特性;搭建捕获性能测试装置并测定黏附单元碰撞/脱附... 针对空间碎片清除和非合作目标捕获等在轨作业中的空间动态捕获问题,设计了基于壁虎干黏附机制的刚柔耦合黏附捕获单元,实现冲击接触下稳定黏附附着目标面。分析了碰撞黏附过程的动态特性;搭建捕获性能测试装置并测定黏附单元碰撞/脱附力和速度等参数的关系,分析了黏附捕获—剥离的力学特性,并指导微重力环境下黏附捕获的参数设置;最终测试装置在失重飞机上完成了微重力环境下的自主黏附捕获。结果表明:基于干黏附的捕获单元能够满足空间捕获的应用需求。 展开更多
关键词 空间动态捕获 黏附单元 刚柔耦合 仿生设计
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基于形态仿生的3D打印面料柔性结构设计
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作者 刘馨丹 史文莉 《毛纺科技》 CAS 北大核心 2024年第12期16-25,共10页
为研究3D打印面料的柔性结构,促进3D打印服装的服用化发展,采用形态仿生设计的手法,将自然界中生物形态外观通过提取、汇总、筛除,分为波浪褶皱、网状孔洞、平行脊脉3大类,通过Shapr 3D建模软件构建形态仿生面料3D模型,并利用熔融沉积成... 为研究3D打印面料的柔性结构,促进3D打印服装的服用化发展,采用形态仿生设计的手法,将自然界中生物形态外观通过提取、汇总、筛除,分为波浪褶皱、网状孔洞、平行脊脉3大类,通过Shapr 3D建模软件构建形态仿生面料3D模型,并利用熔融沉积成型(FDM)技术打印出三维面料实物,得到4块波浪褶皱类形态仿生面料,8块网状孔洞类形态仿生面料,4块平行脊脉类形态仿生面料。结果表明:形态仿生类3D打印面料整体精度较高、光滑平整;同一材料不同结构的3D打印面料柔性具有一定差异;单元结构不同,面料的柔性也有差异。通过形态仿生设计方法生产的3D打印面料结构具有一定的柔性性能,为3D打印面料的柔性化发展提供多样方案。 展开更多
关键词 3D打印 形态仿生设计 柔性结构 面料组织
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风力机柔性叶片的仿生设计与性能 被引量:7
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作者 刘旺玉 张鑫 +1 位作者 刘希凤 龚佳兴 《机械设计》 CSCD 北大核心 2010年第5期7-10,共4页
基于植物叶脉中轴对称结构的增强机理,提出了一种仿中轴图式拓扑结构的风力机柔性叶片设计方法,以20kW风力机叶片为研究对象,采用实验测定和数值模拟的手段,从叶片失速特性和风能利用效率的角度对仿生设计叶片的柔性进行了研究。结果表... 基于植物叶脉中轴对称结构的增强机理,提出了一种仿中轴图式拓扑结构的风力机柔性叶片设计方法,以20kW风力机叶片为研究对象,采用实验测定和数值模拟的手段,从叶片失速特性和风能利用效率的角度对仿生设计叶片的柔性进行了研究。结果表明,仿生物中轴设计的叶片在极端风速下具有较低的内部载荷,桨叶失速状态下的柔性较强,能够明显拓宽风力机的正常运行风速范围,提高风能的利用效率。 展开更多
关键词 柔性叶片 仿生设计 自适应性 弯扭耦合
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微小型仿生飞行机器人柔性翅的仿生设计与实验研究 被引量:7
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作者 王姝歆 周建华 颜景平 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期75-79,共5页
自然界昆虫和小鸟翅膀柔性在提高气动效率和飞行稳定性方面具有很大优势,因而翅的柔性仿生研究将成为目前微小型仿生飞行机器人的重要方向。以昆虫翅膀为基础,进行了柔性翅的仿生机械设计,并重点对其柔性进行了分析和实验研究。实验结... 自然界昆虫和小鸟翅膀柔性在提高气动效率和飞行稳定性方面具有很大优势,因而翅的柔性仿生研究将成为目前微小型仿生飞行机器人的重要方向。以昆虫翅膀为基础,进行了柔性翅的仿生机械设计,并重点对其柔性进行了分析和实验研究。实验结果表明,柔性翅的展弦比和前缘梁刚度对升力有较大的影响,其中变刚度前缘梁和大展弦比有益于升力的产生。 展开更多
关键词 微小型仿生飞行机器人 柔性翅 仿生设计
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基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手设计研究 被引量:3
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作者 孟巧玲 沈志家 +1 位作者 陈忠哲 聂志洋 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期557-565,共9页
为辅助手功能障碍患者在日常生活中更好地进行手部的康复训练与活动,提出一种基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手。首先,基于弹性力学建立直梁型与半圆弧梁型柔性铰链刚度之间的映射关系模型,通过有限元模型改进半圆弧梁型柔性铰链的刚度... 为辅助手功能障碍患者在日常生活中更好地进行手部的康复训练与活动,提出一种基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手。首先,基于弹性力学建立直梁型与半圆弧梁型柔性铰链刚度之间的映射关系模型,通过有限元模型改进半圆弧梁型柔性铰链的刚度设计式,并利用三铰链串联式外骨骼手指有限元模型验证单铰链刚度设计式的通用性和有效性;其次,基于修正后的刚度设计式,设计基于柔性铰链的仿生外骨骼机械手,通过绳索实现屈曲运动,通过柔性铰链的储能实现伸展运动,并根据齐次坐标变换建立相关的运动学模型,研究绳驱下的运动特性;最后,对试制的原型机进行屈曲性能与抓握能力的实验验证。外骨骼手指的仿真结果表明:单铰链的刚度设计式可用于复杂机构中各铰链的刚度计算,其误差值不大于3.5%;所试制的原型机手部执行构件仅重125 g,方便使用者日常携带。屈曲性能的实验结果表明:改进的刚度设计式减小了半圆弧梁型柔性铰链40%的刚度计算误差,使误差控制在5%以内,能快速获取满足弯曲条件的铰链几何尺寸。抓握能力的实验结果表明:两名健康受试者测量出外骨骼手单指能稳定输出8 N的指尖力,满足日常生活所需。因此,该外骨骼机械手可提供正常的关节活动度,其轻质便携及抓握能力高的特性还能辅助手功能障碍患者进行手部康复训练与日常活动。 展开更多
关键词 柔性外骨骼 柔性铰链 结构设计 刚度分析 仿生设计
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柔性锯齿形尾缘流动分离控制实验的多尺度相干结构研究 被引量:4
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作者 巩绪安 张鑫 +3 位作者 马兴宇 范子椰 唐湛棋 姜楠 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期19-27,共9页
本文采用柔性锯齿形尾缘进行了流动分离控制风洞实验。利用高频响热线风速仪测量了翼型尾流场,结合瞬时强度因子迭代算法,在时域、频域提取出多尺度湍流相干结构,分析了弹性振动和柔性形变对扰动传播不稳定性的影响。实验结果表明:尾流... 本文采用柔性锯齿形尾缘进行了流动分离控制风洞实验。利用高频响热线风速仪测量了翼型尾流场,结合瞬时强度因子迭代算法,在时域、频域提取出多尺度湍流相干结构,分析了弹性振动和柔性形变对扰动传播不稳定性的影响。实验结果表明:尾流中分离区厚度减小5%弦长,柔性锯齿形尾缘跟随来流自适应变形摆动,吸收了约20%的尾缘剪切层中的湍动能,产生的大尺度扰流涡持续传递至前缘剪切层,降低了很大范围低频带宽内的功率谱密度,具有良好的降噪效果;脱落涡中相干结构的振幅和发生频率显著削弱,对尾流分离区边界移动、大型涡包破碎和抑制传播的作用非常明显。 展开更多
关键词 流动分离 柔性材料 锯齿形 小波分析 多尺度相干结构
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柔索张拉钢木可展结构仿生亭乡村建造实践研究
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作者 邓丰 《城市建筑》 2021年第10期106-111,共6页
本文以2019 UIA-CBC国际高校建造大赛中,同济大学和釜山大学联合赛队的作品“绽放”为例,通过对乡村小型公共建筑的设计策略、材料、结构、技术和建造的研究,确定以“微介入”为原则,通过先进的设计方法,适宜的结构和技术,环保的材料,... 本文以2019 UIA-CBC国际高校建造大赛中,同济大学和釜山大学联合赛队的作品“绽放”为例,通过对乡村小型公共建筑的设计策略、材料、结构、技术和建造的研究,确定以“微介入”为原则,通过先进的设计方法,适宜的结构和技术,环保的材料,以及快捷的建造方法,以应对乡村建造中自然气候和建筑功能的变化。主体结构采用柔索张拉/牵引开阖式空间钢木组合可展结构,使建筑能够通过自身形式的不断改变,来回应果园内周边环境的变化,展示动态环境的复杂性与时间性,以寻求与建筑所处自然环境的融合共生,带给乡村全新的现代建筑体验。笔者希望将设计的力量注入乡村,探索一种适应自然环境的乡村公共空间形式,并以此作为增强乡村活力的切入点,促进乡村公共生活方式的改变和改善,为乡村建造提供范例。 展开更多
关键词 钢木结构 柔索张拉 乡村建造 仿生设计 可展结构 微介入
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鱼形仿生柔性翼结构设计及优化 被引量:1
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作者 秦伟伟 左新龙 +2 位作者 张建 蒋苏豫 唐文献 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第31期13277-13283,共7页
以锦鲤为生物原型,开展了鱼形仿生柔性翼结构设计及优化研究。通过循环水池实验,表征出锦鲤游动姿态;基于折纸结构,建立鱼形仿生柔性翼结构模型,研究其驱动载荷和振动幅值的特性。设计正交试验,分析鱼形仿生柔性翼结构设计的主要几何参... 以锦鲤为生物原型,开展了鱼形仿生柔性翼结构设计及优化研究。通过循环水池实验,表征出锦鲤游动姿态;基于折纸结构,建立鱼形仿生柔性翼结构模型,研究其驱动载荷和振动幅值的特性。设计正交试验,分析鱼形仿生柔性翼结构设计的主要几何参数对其性能的影响规律,并通过周期性运动对其性能进一步分析。结果表明:结构外板厚度、结构内板厚度和隔板角度对驱动载荷和振动幅值的影响依次增大。仿生柔性翼外/内板厚度、隔板角度依次为0.7 mm/0.3 mm、75°,其摆动姿态和实际锦鲤摆动姿态的最大偏差是8.13%。且该结构的极限屈服幅度远大于试验的最大屈服幅度,回弹性能好。 展开更多
关键词 柔性翼 折纸结构 正交试验 仿生设计
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适用于城市作战的柔性充气式侦察系统设计 被引量:3
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作者 李沫宁 肖致行 +2 位作者 李文光 孟军辉 刘莉 《无人系统技术》 2021年第3期47-53,共7页
城市战场建筑林立、明暗分明,且作战要避免对基础设施和平民造成伤害,对建筑内部的隐藏目标进行快速打击、定点摘除。需发展能克服室内空间及地下空间侦察通信难点、可深入建筑与废墟内部进行侦察的小型无人侦察系统。利用有线实现信息... 城市战场建筑林立、明暗分明,且作战要避免对基础设施和平民造成伤害,对建筑内部的隐藏目标进行快速打击、定点摘除。需发展能克服室内空间及地下空间侦察通信难点、可深入建筑与废墟内部进行侦察的小型无人侦察系统。利用有线实现信息传输,设计仿植物生长尖端外翻柔性充气式侦察系统。首先阐述了柔性充气式侦察平台的设计方案及气囊转向装置的原理;然后建立气囊的有限元模型,利用控制体积法进行气囊充气生长过程中的动力学性能仿真,分析了所设计柔性充气式无人系统完成自生长、避障、穿越缝隙等设计目标的可行性,研究了各气室的充气速率对行进过程中速度、囊体表面所受压力的影响;最后做实物实验进行直行、转向测试,验证了该柔性充气侦察系统的实际工作性能。研究可为后续自生长气囊设计提供支撑,并为城市战场的侦察提供新思路。 展开更多
关键词 城市作战 仿生设计 柔性气囊 控制体积法 充气展开
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高性能电阻型柔性压力传感器研究进展 被引量:7
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作者 白成 耿达 +1 位作者 周伟 陈松月 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第7期559-570,共12页
对电阻型柔性压力传感器的材料、制备和应用场景进行了简单阐述,重点介绍了通过引入微结构提升电阻型压力传感器性能的设计理念,分别评述了国内外研究中,天然表面微结构、仿生微结构和多孔结构对器件压阻灵敏度的提升,以及跨尺度结构、... 对电阻型柔性压力传感器的材料、制备和应用场景进行了简单阐述,重点介绍了通过引入微结构提升电阻型压力传感器性能的设计理念,分别评述了国内外研究中,天然表面微结构、仿生微结构和多孔结构对器件压阻灵敏度的提升,以及跨尺度结构、多级结构和多层结构对测量范围的进一步拓展。简单介绍了本征导电和填充型导电两种材料类型,进一步针对表面微结构和多孔结构的制造原理和工艺方法,重点阐述了倒模成形、3D打印、激光直写、气溶胶喷印等工艺。总结了近年来电阻型柔性压力传感器在人机交互、医疗健康监测及电子皮肤等场景的应用进展,最后结合应用需求对该领域未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 柔性压力传感器 微结构设计 仿生结构 多级结构 人机交互 3D打印 激光直写
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基于仿生学的柔性抓取装置设计 被引量:2
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作者 包海默 郭仲壮 +3 位作者 范文 孔巧 张燕 侯舒荣 《机械设计》 CSCD 北大核心 2023年第1期119-126,共8页
为应对海参需求量的增加,提高捕捞海参机械化程度,对海参抓取装置进行仿生设计。以刺参为抓取目标,提出抓取装置设计要求;将多棘海盘车作为仿生对象,基于系统结构仿生方法进行形态特征提取,并与功能进行耦合,以刺参形态特征为设计变量... 为应对海参需求量的增加,提高捕捞海参机械化程度,对海参抓取装置进行仿生设计。以刺参为抓取目标,提出抓取装置设计要求;将多棘海盘车作为仿生对象,基于系统结构仿生方法进行形态特征提取,并与功能进行耦合,以刺参形态特征为设计变量建立了3腔室、4腔室和5腔室的柔性抓取装置模型;通过有限元软件ABAQUS对手指单元抓取不同规格的刺参进行静力学仿真分析,给出腔室数、刺参尺寸、气压和抓力间的函数关系。结果表明:在满足抓取要求的前提下,4腔室需要的气压值范围为7.68~38.31 kPa, 5腔室需要的气压值范围为7.66~37.47 kPa, 5腔室相比4腔室,最低气压下降0.2%,最高气压下降2.2%。可见,设计的5腔室柔性抓取装置满足设计要求,可为海参柔性抓取装置的设计提供依据。 展开更多
关键词 产品设计 柔性抓取装置 结构仿生 有限元仿真 多棘海盘车
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仿生六足机器人的发展现状与应用 被引量:3
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作者 何东伦 孙晓雪 +3 位作者 徐刘杰 吴天 王絮 薛哲元 《设备监理》 2022年第6期66-68,87,共4页
六足机器人较传统的轮式机器人、履带式机器人有着显著的优势,其可靠性高,灵活性好,能够行走于道路崎岖的路面等,适用前景广阔,成为当下研究讨论的重点。本文对仿生六足机器人的国内外发展现状和发展趋势进行分析,通过模仿蜘蛛的生理特... 六足机器人较传统的轮式机器人、履带式机器人有着显著的优势,其可靠性高,灵活性好,能够行走于道路崎岖的路面等,适用前景广阔,成为当下研究讨论的重点。本文对仿生六足机器人的国内外发展现状和发展趋势进行分析,通过模仿蜘蛛的生理特点,使用SolidWorks建模软件构建出六足机器人的机械结构,设计外观并进行组装。 展开更多
关键词 仿生六足机器人 结构设计 灵活性 发展趋势 发展现状
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柔性仿生机器鱼的复合推进结构设计 被引量:1
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作者 胡伟淳 武静 +2 位作者 彭梓晴 汪超 谢智钧 《东莞理工学院学报》 2023年第1期109-115,共7页
针对目前柔性仿生机器鱼推进结构单一等问题,文章针对性地进行了柔性仿生机器鱼的复合推进结构的设计,主要包括鱼身驱动推进结构、鱼身摆动推进结构、胸鳍扑动结构以及胸鳍浮潜结构,以提高柔性仿生机器鱼的推进效率;以及通过对所设计齿... 针对目前柔性仿生机器鱼推进结构单一等问题,文章针对性地进行了柔性仿生机器鱼的复合推进结构的设计,主要包括鱼身驱动推进结构、鱼身摆动推进结构、胸鳍扑动结构以及胸鳍浮潜结构,以提高柔性仿生机器鱼的推进效率;以及通过对所设计齿轮的校核,设计一款安全可靠、用于水下监测、环境保护的柔性仿生机器鱼。 展开更多
关键词 柔性仿生机器鱼 复合推进结构 结构设计
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Gentian stem harvesting device based on bionic flexible rollers
15
作者 Hongguang Cui Jinming Zhang +3 位作者 Guangshuo Chen Qingchen Tang Wenzhong Huang Liyan Wu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 2024年第6期66-75,共10页
Aiming at the problem of incomplete stem removal in the process of Gentian root and stem separation,a roller-type Gentian stem removal device was designed.Based on the mechanical characteristics of Gentian stems and t... Aiming at the problem of incomplete stem removal in the process of Gentian root and stem separation,a roller-type Gentian stem removal device was designed.Based on the mechanical characteristics of Gentian stems and the force analysis of the extraction process,the operating conditions for the complete removal of Gentian stems were determined.When the tensile force exerted by the stem-pulling rollers on the Gentian stems is less than the tensile force of the Gentian stems and greater than the maximum tensile force required for the Gentian stems to be removed at the stem bases,the complete removal of Gentian stems from the stem base can be realized.The bionic design method is used to construct the bionic flexible surface structure of the stem-pulling rollers by taking the tree frog toe pad as the bionic prototype and investigating its flexible surface microstructure and friction-enhancing characteristics.EDEM simulation software is used to establish the contact model between the bionic flexible stem-pulling rollers and Gentian stems,and the optimal structural parameters of the bionic flexible surface are determined through simulation tests.The optimal working parameters of the bionic flexible roller are determined through test rig tests.The experimental results showed that when the diameter of the hexagonal prism of the bionic surface was 5.67 mm,the spacing of adjacent hexagonal prisms was 2.62 mm,and the height of the hexagonal prism was 3.21 mm,the bionic flexible stem-pulling rollers exerted a maximum tensile force of 30.23 N,and the Gentian stems were not broken.When the speed of the rollers was 195 r/min,the spacing between stem-pulling rollers was 3.0 mm,and the height of the rollers clamping position was 250 mm,the maximum tensile force required for Gentian stem removal was 13.88 N,and the net removal rate reached 94.35%. 展开更多
关键词 Gentian harvest bionic design increased friction bionic flexible rollers
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离子液凝胶软体机器人操作手 被引量:4
16
作者 王志鹏 何斌 +1 位作者 刘新华 王启刚 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第23期2637-2646,共10页
软体机器人可在大范围内任意改变自身形状与尺寸,对非结构化环境具有极强的适应性,在军事侦察、救援及医疗手术等领域具有广阔的应用前景.本文提出了一种基于离子液凝胶(ionogel,IG)的新型自驱动仿生软体机器人操作手.首先设计了IG软体... 软体机器人可在大范围内任意改变自身形状与尺寸,对非结构化环境具有极强的适应性,在军事侦察、救援及医疗手术等领域具有广阔的应用前景.本文提出了一种基于离子液凝胶(ionogel,IG)的新型自驱动仿生软体机器人操作手.首先设计了IG软体驱动器,阐述了材料制备原理,在此基础上讨论了软体机器人机构设计方法;然后对IG驱动器变形机理进行深入分析;最后以驱动器为基本变形模块设计了软体操作手.实验结果表明,IG驱动器具有良好的驱动性能,软体操作手在3.5 V直流电压激励下可以抓取105 mg的物体. 展开更多
关键词 离子液凝胶 软体机器人 操作手 仿生设计 柔性机构
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新型薄膜太阳电池器件:柔性设计与印刷制造
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作者 胡笑添 刘思奇 +1 位作者 宋延林 陈义旺 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期910-926,共17页
作为新型薄膜太阳电池的代表,有机/钙钛矿太阳电池的光电转换效率在最近十几年内实现了巨大突破.同时,由于其质轻、柔韧性好及可溶液法低成本印刷制备等特点,新型薄膜太阳电池还展现出了应用于柔性器件的潜质,结合与其他功能性柔性电子... 作为新型薄膜太阳电池的代表,有机/钙钛矿太阳电池的光电转换效率在最近十几年内实现了巨大突破.同时,由于其质轻、柔韧性好及可溶液法低成本印刷制备等特点,新型薄膜太阳电池还展现出了应用于柔性器件的潜质,结合与其他功能性柔性电子设备的集成设计,可以满足人们对便携式移动电源和可穿戴设备日益增长的物质需求.作者研究团队近年来围绕柔性薄膜太阳电池集成设计与印刷的关键科学和技术问题,主要针对器件的易脆性和柔性印刷形貌重现性差的问题,开展了系统研究并取得系列创新成果.本专论中重点介绍了在柔性透明电极的设计、柔性界面工程调控、光电转换活性层柔性增韧设计和大面积柔性印刷策略的研究进展,并对柔性薄膜太阳电池组件的发展进行了展望. 展开更多
关键词 有机太阳电池 钙钛矿光伏 柔性电子 剪切印刷 仿生设计
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