摘要：针对踝关节康复训练的需求,分析踝关节的运动机理,运用模块化驱动单元与鲍登线,设计轻量化、易穿戴的柔性踝关节外骨骼机器人,实现踝关节跖屈/背屈、内/外翻的运动辅助.柔性外骨骼在背屈和跖屈阶段分别采用位置控制和力矩控制.位置控制以传统PID为主;力矩控制以力为反馈信号,建立交互力差值与鲍登线内芯位移补偿之间的导纳模型.通过Sigmoid变形函数实现导纳参数的动态调控,满足辅助力矩输出和人机交互柔顺性的需求.实验结果表明,位置跟踪误差不超过0.46 cm,力输出误差为-1.5~1.5 N,能够满足人体康复训练的需求.

摘要：为让学生模型学习到更全面的表征知识,提出一种多层次知识蒸馏方法,将教师模型的知识分为高、中、低多层次进行蒸馏。这3种层次的知识分别被指代为模型预测值、多尺度融合特征图以及特征层中的特征值,并以多层次知识为基础设计蒸馏项。首先基于低层次知识的特征蒸馏保证学生模型与教师模型的特征分布尽可能接近;再以中层次知识为基础,将图像的空间结构知识传递给学生模型;最后利用高层次的知识编码相邻帧间的依赖关系,并将该隐含知识传递给学生模型。此外定义的语义一致性损失也可有效改善像素点在前后帧标签预测不一致的情况。实验证明,该蒸馏方法能显著提升学生模型的精度,并在模型精度和轻量化方面取得了更好的平衡,具备良好的应用前景。

摘要：本文首先通过匹配计算确定了微型燃气轮机增程器的主要性能指标,并通过模型分析得到微型向心涡轮的设计参数;其次根据向心涡轮工作过程建立损失模型,将遗传算法融入设计方案,编制了设计流程和计算程序;最后依据设计结果完成了微型向心涡轮结构设计,并利用CFD方法进行数值模拟计算。仿真计算结果表明:所设计的微型向心涡轮的轮周效率、轴效率以及输出功率均达到了设计要求,同时内部流场模拟结果显示涡轮也具有较好的气动性能,说明所采用的设计方法是可靠的。

摘要：针对现有床式步态康复训练机器人使用不便、成本高昂的问题,提出模块化的床式步态康复训练系统.包括倾角可调的床体模块、腿部运动辅助机构模块和足底支撑机构模块,模块化设计可以提高其使用方便性,降低制造和使用成本.为了实现正常的行走步态,腿部运动辅助机构模块采用凸轮-连杆机构模拟大腿和小腿的运动.建立腿部运动辅助机构的人机耦合模型,并对其进行运动学分析,得到机构与人体下肢的运动学关系,将其作为参数优化和结构设计的基础.利用MATLAB,以机构对患者个体差异的适应性为目标,对模型中的各参数进行优化,得到一组机构参数的最优解.实验结果表明,不同身高的实验者髋关节测量角度与标准角度的最大误差不超过5.2°,膝关节最大误差不超过6.7°,验证了机构对实验者个体差异的适应性和使用此系统进行康复训练的可行性.

摘要：波浪能是世界上分布最广泛的可再生能源之一。海洋环境中波浪运动随机复杂且频率极低,这为海洋波浪能的高效收集利用提出挑战。设计了一种混沌平面摆式波浪能收集装置,其中混沌平面摆作为超低频随机波浪俘能机构,配合齿轮增速传递机构与电磁旋转机构实现波浪能收集装置的高功率输出。为更好响应浮标在海洋中的运动激励,对俘能机构进行动力学分析建模与优化。针对装置输出电压无规律且低频交流的特性,设计功率采样跟踪升压存储的电源管理电路。通过实验室测试与实际近海测试,装置能够对复杂波浪产生最大10 V的开路电压,最大输出功率约205 mW。海试中,4小时可将200 mAh锂电池电压由3.12 V充电至3.6 V,能够作为新能源海洋浮标低功耗传感器的可持续电源。

摘要：针对20-40μm尺寸范围的微对象夹持需求,设计了一种压电驱动的微组装夹持器平台。使用有限元分析优化了夹持器的结构参数。该平台可以实现两指与三指操作模式的转换及对多种微对象的柔性操作。该文绘制了实验平台中压电陶瓷的驱动电压与执行末端位移的关系,单指的驱动范围0-41μm。压电陶瓷对该平台的输出位移分辨率达到了0.5μm/V。以直径20μm、40μm两种尺寸的硼硅酸盐玻璃球为操作对象,完成了夹持、释放及三维模型组装实验。

摘要：为了提高粘滑式纳米定位台对不同负载,尤其是大质量负载的适用性,设计了驱动模块化的粘滑定位平台。将质量块、柔性铰链及铰链架一体制造,将压电陶瓷致动器、预紧垫块及预紧螺钉安装在铰链架上,共同组成一个独立的驱动模块,安装在底座的槽内,在调节螺钉的作用下可调整垂直方向的位置,改变与载物台接触面间的摩擦力。对粘滑驱动平台建立动力学模型并进行仿真分析,研究摩擦力对平台性能的影响。实验结果表明,负载200g时,平台的最小步长为8.84nm,最大速度为3.727mm/s,行程约20mm;2kg负载下,未调节摩擦时最大速度为2.373mm/s,调节摩擦力后最大速度为3.063mm/s。实验证明,该设计能同时满足小尺寸、高精度、高速度、大行程及适应大负载的要求。

摘要：针对目前微纳操作对微纳操作工具的需求,设计并制造了一种结构简单、柔性模块化、高精度的压电驱动的多指微操作工具。通过实验验证了该多指微操作工具在单指、双指及三指工作模式下均能良好地完成相应的微纳操作,操作成功率在85%以上,夹持范围为10~800μm。通过改变执行末端,调整操作策略,可完成对不同尺寸、材质、结构的微球的拾取与释放。同时,使用多指微操作工具完成微球组装与超显微成像微球操作实验,证明了该操作工具具有重要的实际应用意义。

摘要：为了提高机器人的控制精度,在分析国内外现有机器人建模方法和参数标定的基础上,兼顾建模方法的通用性和误差辨识的可操作性,提出一种采用基于圆周点分析(CPA)和修正Denavit-Hartenberg(MDH)联合建模的机器人运动学参数辨识与标定的方法。基于本研究所设计的Articulate机器人的实验结果表明,该方法能够将机器人精度由初始的3.156 mm提高到1.525 mm,且与单纯使用CPA方法或单纯使用MDH方法相比,本方法具有更高的精度,并能解决MDH方法对初值敏感性问题;本文中提出的机器人参数辨识和误差标定方法是在机器人通用模型基础上实现的,具有良好的可用性和提高精度效果。

摘要：为满足在医疗康复等领域的步态分析需求,设计了一种基于多通道足底力采集的步态信息检测鞋垫。鞋垫使用16枚压阻式薄膜压力传感器采集足底解剖区的压力信号。通过解算原始压力数据可实现对步态相位和足底压力中心的判断,以及足底压强云图的绘制。设计的设备操作简单、便携性好,有一定的推广价值。