摘要：通过对现有免载矫形器的机构工作原理及其局限的分析,提出了一种全新的全膝免载方式,即通过机构在下肢伸展时向上牵拉膝关节以承担部分载荷,据此设计了新型膝关节免载矫形器,并进行了相关的运动和力学分析.同时通过实验建立了矫形器大腿托与大腿压力、阻力以及皮肤变形间的关系,综合评价了矫形器对人体的影响,验证了其免载的有效性.

摘要：为了减少致动元件的能量消耗,模拟自然肌肉高效驱动的拮抗作用机制,设计了以力学拮抗作用的能量转化而实现运动能量输出的新型致动元件.以高能量密度的磁体和具有良好伸缩性能的聚合物构建致动元件,分析了致动元件的磁场力与弹性力的拮抗特性及其运动触发机制,同时,实验分析了以电磁线圈为拮抗作用触发元件的力学特性.结果表明,电磁线圈能够有效触发具有磁场能和弹性势能元件的拮抗作用,以力学拮抗形式的能量转换方式可构建高效致动元件.

摘要：针对功能性假肢的功能传递与安全性之间的矛盾,提出了分时间歇承载的形状可变式假肢接受腔设计方案,以避免残肢软组织长时间承受过高载荷,导致组织缺血坏死.设计了一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩,实现了对软组织的松紧夹持,且负刚度腔体单元具有松紧切换所需驱动力小和对软组织过载保护的功能.实验验证了该设计原理的可行性.

摘要：功能性假肢接受腔需要同时具备穿戴舒适性与力及运动的传递功能,两者对人机界面提出刚柔特性相反的要求,对接受腔的设计形成了矛盾。针对这一矛盾,提出分时间歇和分区交替承载的界面压力可控式假肢接受腔设计概念,以最大化其功能传递性,并且避免残肢软组织长时间承受过高载荷。设计一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩改变接受腔内壁形状,实现接受腔对残肢软组织适配界面的刚柔特性协调及快速转换。理论分析负刚度挤压腔体单元的力学特性,该特性使其对软组织松紧挤压转换所需的驱动力小,有利于小型化驱动单元,同时也使接受腔对软组织具有过载保护的功能。以该单元为基础构建假肢接受腔试验模型,并对其界面压力响应特性进行试验评价,初步实现了对接受腔界面压力的控制,并证明了该设计方案可以同时提高接受腔的功能传递性和舒适安全性。

摘要：目的设计一种新型高性能血管支架,使其能够在保证足够径向刚度的前提下减小支架厚度及金属覆盖率,并具有较好的轴向柔顺性,以达到减少支架内再狭窄的目的。方法基于对称结构孔及非对称孔结构变形能力的研究,通过数值模拟方法对支架结构进行分析设计,并利用实验方法对加工后的支架进行径向刚度及弯曲刚度的测试。结果新的支架结构具有较高的径向刚度、较小的金属覆盖率和较好的轴向柔顺性,对减少支架内再狭窄的产生具有一定意义。结论基于非对称孔结构的支架设计方法是有效的,并且能够借此设计出高性能的血管支架结构。

摘要：针对微创手术钳因生物力学相容性差导致过度夹持的现象,建立了传统微创手术钳头的力学模型,并利用解析方法构建了手术钳的手柄握持力与钳口夹持力的特性关系。基于渐开线特征,提出并设计了具有渐开线形导向槽的新型手术钳头,分析了其夹持力的输出响应。利用NiTi记忆合金的超弹性特征,设计了具有特殊应力松弛特性的恒力控制单元,并对改进后的新型微创手术钳头进行有限元数值仿真和试验验证。结果表明,钳口夹持力与握持拉力成线性正比关系,并且当握持力进入饱和范围时,夹持力出现应力饱和响应,实现了对人体组织的夹持保护。研究结果使得微创手术钳在夹持不同特性的组织时均可保证夹持力不超出安全值,这对提高微创手术器械的生物力学相容性以及微创外科安全性具有临床实践意义。

摘要：传统的微创手术钳是带有运动副的刚性构件,结构复杂且夹持力呈非线性变化,容易造成器官组织过压损伤。基于免装配的柔顺连续体拓扑设计,以柔性部件的整体弯曲作为目标函数,以保持有效夹持刚度作为附加约束条件,建立双工况优化模型。基于变密度插值模型和优化准则方法进行迭代求解,得到较为理想的手术钳柔性拓扑结构,并对优化后结构进行有限元数值分析。结果表明,钳头结构末端的最大位移和夹持刚度均满足手术钳使用要求,且具有力-位移线性响应关系。该研究简化了手术钳结构,有利于改善操作手感和夹持效果,为拓展柔顺机构在微创手术临床实践中的应用提供了思路。

摘要：针对NiTi形状记忆合金恒力特性应用的普遍性设计需求,得到一种具有普遍意义的Ni Ti合金恒力机构的设计规律。使用有限元分析软件ANSYS仿真结论,通过优化总结得到一种NiTi合金在压缩状态下产生恒力现象的几何结构的设计公式。根据恒力元件设计公式得出的恒力机构能够实现恒定输出力。此设计公式对Ni Ti形状记忆合金恒力元件设计具有普遍性意义,为今后各种恒力元件的设计提供了依据。