医学是保护和恢复健康的艺术,是人类文明的一个重要组成部分。巴甫洛夫曾说:“有了人类就有了医疗的活动。”它的历史如水滴,涓流成河……从最原始的神的医学开始,随着人本思想涟漪的泛起走向人的医学,而后基于对人体解剖结构的认识,科学医学初露端倪,再后来依托高新技术的融入,医学迎来了它
电外科手术过程中高频电刀手术电极表面的组织粘附会导致电极变“钝”、变粗,切割效率和操作精度降低。近年来,低表面能的PTFE涂层电极被临床用作抗粘附手术电极,然而,这种抗粘附电极的切割效率和抗组织粘附耐久性尚不清楚。因此,利用摩擦学手段实时测量电切割离体猪肝脏组织试验过程中PTFE涂层电极-组织界面的切割阻力,结合微观形貌和组织切片...
在多功能摩擦磨损试验机上模拟微创手术中的组织夹持牵引操作,研究了钳头与猪肝脏组织间的摩擦学行为,并基于钳头与组织间的夹持应力分布数值模拟结果,探讨了不同的腹腔镜开窗钳头与肝脏组织的相互作用行为。结果表明:在接触系数相同的情况下,开窗数量的增加有助于增大滑动摩擦力;三正方形开窗钳头由于开窗轮廓最长,在与组织相互作用过程中,使组...
手术夹钳是外科手术中常用的夹持器具,传统的手术夹钳主要通过齿形结构使湿滑的软体器官变形产生机械互锁来提高夹持稳定性,这往往会带来严重的组织损伤。为了降低夹钳夹持损伤,需要发展以强湿黏附增摩来取代强夹持增摩的技术,实现湿环境下“松夹而不滑脱”功能。树蛙经过千万年的进化,其脚掌形成了优异的湿摩擦功能。通过表征发现树蛙脚掌表面...
微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优点已逐渐成为外科手术主流。微创手术组织的切割、止血常采用载能手术器械如电刀、电凝钩来完成,组织粘刀严重,会引起结痂、粘刀撕裂,造成二次创伤引起医疗事故。如何解决载能手术刀粘刀是微创手术器械面临的重要技术难题,本研究师法自然,从自然中汲取表面超滑防粘创新灵感,在揭示猪笼草湿滑防粘机制的基...
自然腔道手术(Natural orifice transluminal endoscopic surgery,NOTES)具有恢复快、创伤小、疼痛轻等优点,在临床应用潜力巨大。为适应人体复杂腔道环境,NOTES中常采用长器械臂为手术工具提供通路及支撑。现有的器械臂往往尺寸较大且刚度低,不能满足NOTES的要求。提出一种可折展、变刚度的器械臂,采用编织结构作为骨架实现径向折展,同时借助包...
微创手术操作器械,作为微创手术机器人的重要组成部分,其性能的优劣直接影响手术的质量。目前的微创手术器械大多是针对手术过程中的夹取、缝合等基本操作设计的,但由于它们通常是通过简单地将传统外科手术工具小型化获得的,造成现有微创器械普遍存在着机械效益低、磨损严重、运动不协调等问题。为了提高手术操作的高效性和稳定性,基于厚板折纸...
针对未来微创手术操作臂的发展需求,提出了一种利用负压原理来增强离散结构间相互作用以实现柔性手术操作臂刚度调节的方法。据此设计制作了可包覆于管状柔性手术臂外表面的气动型多层纤维束编织结构,可通过抽真空使被密封的纤维束夹层内产生负压,增大轴向交错叠加的纤维丝之间的挤压力与摩擦力,从而起到刚度增强的作用。研究了大变形手术臂抗弯...
现有手术操作臂多采用刚性直杆结构,难以满足未来自然腔道微创手术的需求。为解决这一关键问题,结合气动人工肌肉技术及纤维堵塞刚度调节机理,设计一种具有多自由度运动和刚度可调能力的手术操作臂。研究获得操作臂单元的一体化制造工艺。搭建试验测试系统,测试获得气动人工肌肉驱动器弯曲变形及输出力与驱动气压的非线性关系。进一步研究操作臂...
采用拉格朗日方程和Stribeck摩擦模型,根据便携式手术机器人主手的杆件重力、各关节摩擦力、惯性力对术者真实力感知的影响,建立了含关节摩擦力的动力学模型。基于机器人主手动力学模型,分别建立重力、摩擦力和惯性力三项的补偿模型,通过分析机器人主手力补偿反馈和附加位移的产生原因及补偿原理,提出了相应的补偿反馈力和附加位移补偿方法。通...
主从式手术机器人映射关系的设计与优化是提高术者操作效率,减少手术疲劳的关键步骤之一,过去通常依靠机器人搭建完成后基于实体手术平台进行评价,延长了研发周期。以微创手术机器人映射关系为研究对象,选择胆囊切除术作为采样标本,运用微型传感通过临床手术实际测量获得典型器械运动轨迹,综合分析得出手术安全域内运动范围,并运用人机工程分析...
薄壁零件具有重量轻、相对强度高等优良特性,在航空航天等领域有着广泛应用;然而由于刚度小,薄壁工件在加工过程中容易发生变形和振动,导致产品难以满足尺寸精度和表面质量要求。为此,提出一种非接触式的电涡流阻尼器设计方法,旨在用于抑制加工过程中薄壁盘类工件的多模态振动。通过建立薄壁盘-电涡流阻尼器的耦合动力学模型,描述时空分布的系统...
颤振是切削加工中的一种不稳定现象,它会对生产效率、加工表面和机床零部件造成恶劣的影响。因此,在加工过程中避免颤振的发生具有非常重要的意义。提出一种颤振的实时辨识与在线抑制系统,在不额外加装驱动部件的情况下,实现数控机床上加工颤振的智能抑制。该加工颤振智能抑振系统包括三部分:第一,以加权小波包熵作为特征实时地监测车削加工过程...
铣削是实现高速、高性能金属切削加工最主要的形式,其稳定性、加工精度和加工质量一直是研究的热点。针对柔性双自由度铣削工艺系统,建立了时滞微分动力学模型,模型中的铣削力包含基于刚体运动学的静态切削力成分和基于再生效应的动态切削力成分,并通过全离散法预测了无颤振工艺参数区域。在保证了稳定加工的前提下,在频域内求解了由于断续切削...
针对磁悬浮分子泵转子在高速运转时章动模态造成的失稳问题,提出一种基于交叉反馈的章动相位裕度跟踪补偿控制方法。利用磁悬浮转子系统的复系数建模方法,定量分析闭环控制作用下扁平转子的阻尼章动频率,确立章动频率与控制系统参数及转速间的解析关系,设计自适应滤波器跟踪提取章动频率信号,应用于交叉反馈的章动控制通道,实现全转速范围内对章...
针对薄壁件加工过程中的切削变形问题,提出了加工误差补偿学习控制方法。该方法以弹性变形为基础,建立了加工误差与名义切深的非线性函数关系,并利用补偿思想,构造了薄壁件加工误差补偿通用模型,即下次切削时名义切深的计算方法。在此基础上,利用数学原理和物理方法提出了四种具有不同收敛速度的补偿系数迭代算法。对比分析四种方法的优劣,以及...
薄壁件的弱刚性导致其在加工过程当中容易产生振动,而薄壁件加工过程中存在的非线性问题使得加工振动难以预测,尚无法建立精确的理论模型。为了研究薄壁件铣削加工过程中的振动,提出一种基于模态理论的悬臂梁工件的动态振动监测模型,利用N个动态位移传感器监测前N阶模态下悬臂梁上任意一点的振动。以铣削加工悬臂薄板为例,采用聚偏氟乙烯(Polyvi...
针对无模铸造成形技术在铸型制作中的优势,基于聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)刀具铣削砂型试验,研究了PCD刀具铣削砂型的磨损机理,构建了刀具磨损率的预测模型。使用扫描电镜观察了PCD刀具刀面磨损带的微观形貌,研究了刀具磨损随加工时间的变化规律和磨损机理。结果表明:在砂型加工过程中,凸起的砂粒对刀具表面的高频刻划和冲击导致...
为研究钛合金已加工表面相变机理及其影响因素,首先通过分析切削过程中切削刃对切削区域的作用机制,采用能量法建立结构参数、切削三要素与切削耗能的数值描述模型,结合Matlab对模型进行求解,获知进给量f的变化对钛合金切削耗能W的影响最大,切削速度vc次之,而切削深度ap最小;为验证描述模型的正确性,采用2种不同几何结构不同牌号的硬质合金可转...
由于砂带打磨工序中往往存在外部因素干扰,因此研究抗干扰能力强的手眼标定算法是机器人砂带打磨系统的关键问题之一。通过分析机器人打磨系统中的手眼标定数学模型,并利用带尖点的标定工具快速获取测量数据,在原有奇异值分解算法的基础上,提出基于加权的改进方案,在初次计算手眼关系后计算出各个测量数据的误差,并根据测量数据误差的大小重新分...
电火花线切割半导体加工过程中,工件与钼丝之间的间隙是保证工件表面质量和切割效率的关键参数。分析了单晶硅和钼丝之间的间隙与极间电流的关系,由于该间隙在钼丝切入工件后,无法实时测量,根据电流的变化来实时预估间隙的瞬时变化,从而实时调整工件进给速度以间接保证该间隙。采用系统辨识方法建立极间电流与工件进给速度的控制模型,并利用F检...
将3D打印技术应用于电活性聚合物材料—离子凝胶材料,采用离子凝胶的材料热压工艺所用的溶液配置方法,重点研究了在不同流量、不同扫描速度组合下,离子凝胶芯层与电极层单点成线、线拼成面后特征尺寸分布规律。实验结果表明:挤出流量的和扫描速度影响单点成线的线宽数值大小,进而影响线拼成面的单层质量。在得到单层质量最佳工艺参数及单层层厚...
为优化现有的门把手功能零件,采用了受力分析及拓扑优化的方法,设计出符合零件内部力场分布特点的功能件,通过激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)获得打印成型件,并经过尺寸精度、力学性能及质量等方面的测试,获得减重52.5%轻量化效果,力学性能达到传统铸锻件及尺寸精度符合需求的优化设计成品。SLM加工获得的功能件应用于密封舱门,...
针对SLS快速成型产生的结构内部缺陷问题,利用检测与统计手段建立基于试验数据的仿真预测。对同一多孔结构的CAD模型,提出了设置两种打印方向进行多次成型制备,通过CT分层扫描技术,对3D打印结构进行微结构检测,可以发现微结构中存在缺口、翘曲、孔洞为主的缺陷,其几何方向与打印方向具有一致性。利用三维图像重建模型技术,统计微结构缺陷的几何...
数控机床寿命预测技术是数控机床健康管理和维修维护的关键技术,面向数控机床研究基于性能退化的剩余寿命预测方法。在分析了剩余寿命与性能退化规律和性能阈值分布有关的基础上,建立单性能退化的维纳过程模型和融合多性能退化的维纳过程模型,从而得到数控机床的多性能退化量分布模型。依据失效原则,得到数控机床的性能阈值分布模型。由此,建立...
利用加速寿命试验的失效数据对产品的分位数寿命进行统计推断时,需要对统计模型做具体的假设。但是在工程实际中,错误的模型设定会严重影响估计精度。针对这个问题,提出了一种基于分位数回归的竞争失效产品分位数寿命的统计分析方法。分位数回归模型不受寿命分布假设的约束,且描述产品寿命与加速应力的关系时更加灵活。考虑到由于逐步II型截尾和...
滚动轴承微弱故障信号往往包含在二阶循环平稳信号中,但容易受到噪声干扰。对循环平稳信号进行基于短时傅里叶变换的循环周期谱分析可以提高周期故障的识别能力,但其结果受到窗函数大小的影响且对于微弱故障的诊断效果不佳,提出最优小波尺度循环谱进行滚动轴承的早期故障诊断。首先利用连续小波变换对信号进行处理获得小波系数;接着采用相关峭度...
为研究非线性接触力的影响,提出一种新型螺栓结合部接触区域动态特征的建模方法。基于混合坐标模态缩减技术,将螺栓联接模型中线性自由度的特征模态进行截断,仅保留接触区域的非线性动态特征模态。通过引入可等效表征非线性特征的接触耦合凝聚点,利用坐标变换将接触区域耦合面的非线性接触力凝聚到该作用点上,使得对螺栓结合部的非线性界面接触...
在舰船摇摆作用下,利用拉格朗日方程建立滑动轴承-齿轮副系统动力学模型。模型中引入非线性油膜力,将齿面、齿背侧啮合力同时考虑。计算了不同输入转速、扭矩作用下齿轮轴静平衡位置,及船体纵横摇摆下齿轮副的振动响应。为研究齿轮副相对于摇心偏置位置的影响作用,计算了不同偏置位置下系统的位移、啮合力及油膜力变化情况,发现随着偏置距离的增...
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