磁性软体微型机器人3D可编程打印技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackyz
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
磁性软体微型机器人通常由杨氏模量接近生物组织的磁响应软材料组成,具有柔性变形、快速响应和远程控制等特性,在外加磁场控制下可以实现复杂的形状转换和多模态运动,表现出很强的环境适应能力和生物安全性,在生物医疗、人机交互、微创手术领域具有广阔的应用前景。磁性软体微型机器人的功能依赖于其磁化方向排布和结构设计,为实现更复杂的形状转换、机械刚度分布和动作实现,需要以可编程的方式制造磁性软体微型机器人。本文首先对可编程磁性软体微型机器人的研究现状进行了综述,然后介绍了磁性软材料的常见软材料基质和磁性材料选择,以及已有的可编程制造方法,通过分析确定了磁性软材料的制备方法以及3D可编程打印系统设计方案。针对磁性软材料的制备,首先研究其形变理论,建立磁性软材料的本构模型,分析其在外部磁场下的受力和形变,探究影响其形变的多种因素。选择软材料基质、磁颗粒、光引发剂和流变剂,制备磁颗粒均匀分散的可光固化磁性软材料,打印试样测试其打印性能,并在外加磁场下观察磁颗粒在软材料基质中的转向机制,验证了可编程磁性排布的可行性。针对可编程磁性排布和结构设计的制造需求,设计3D可编程打印系统,主要结构包括三维磁场产生装置、DLP光固化装置和软件控制系统。三维磁场产生装置能产生可动态调控的三维匀强磁场诱导磁颗粒转向,实现磁性排布设计,DLP光固化系统固化投影区域材料,实现可编程制造,软件控制系统控制磁场产生和曝光时序。测试3D可编程打印系统的生成磁场准确度和光固化效率及分辨率,并打印不同磁性分布的仿蝴蝶软体微型机器人,研究其在控制磁场中的形态转换和运动模式,验证3D可编程打印系统的可靠性。本文从磁性软材料的形变理论研究与材料制备出发,设计并搭建了3D可编程打印系统,为实现磁性软体微型机器人复杂的磁化方向排布和结构设计提供制造方法。以可编程、高效的方式快速制造磁性软体微型机器人,加速其迭代优化过程,在精准医疗、柔性交互、复杂环境、微执行器等领域有潜在应用。
其他文献
随着对天然气能源需求的不断增加,天然气管道运输业得到了迅速发展,受管网老化及人为破坏等因素的影响,管道泄漏事故频繁发生,严重威胁了人们的生命财产安全。我国大部分城市地下天然气管道早期泄漏量小,往往难以发现和修复,因此,准确及时的对管道进行泄漏检测可以有效避免安全事故的发生。本文主要利用预处理、特征提取及工况识别三个关键技术实现对管道泄漏信号的检测。主要研究内容如下:首先,对自适应模态分解方法EMD
学位
目的 分析CT在先天性心血管疾病诊断中的应用效果。方法 选取2020年10月至2021年10月本院的100例先天性心血管疾病患者开展研究,100例患者均进行超声心电图检查(对照组)和CT检查(观察组),比较两组的诊断效果。结果 观察组的不同部位畸形检出率均明显高于对照组(P <0.05);观察组的疾病检出率明显高于对照组(P <0.05);观察组的诊断符合率高于对照组,漏诊率低于对照组(P <0.
期刊
近年来随着制造业的高速发展,各大企业都在逐步向智能化转型,作为企业生产主体的生产线,也是生产制造智能化的主体。因此生产过程中的生产线上各机器的协调成为了制造过程智能化中不可或缺的重要组成部分。然而在过去生产线协调的理论研究中,人们往往更关注于柔性生产线,尽管柔性生产线具有效率高、对动态事件适应能力强等优点,但是对于企业的技术、资金投入都比较高,纯柔性的生产线实现的前期成本往往比较高,对于大量的企业
学位
电火花加工依靠电极之间脉冲火花放电产生的热量来熔化甚至汽化材料,将其从工件上去除可用于加工高强度、高硬度和导电材料。气中电火花加工具有环境友好、电极损耗低且加工设备利于集成具有较大的发展潜力。气中电火花加工产生的电蚀产物的排出仅仅依赖于间隙气流的吹动,间隙气流状态的分布规律决定了电蚀产物的运动状态和分布特点。此外,电火花加工放电蚀除过程非常复杂且具有随机性,目前对放电机理并不十分清楚。因此对气中间
学位
混沌是自然界广泛存在的一种现象,具有初始条件的极度敏感性,类随机运动和高度不可预见性等特点。自从发现混沌系统可以被控制以来,对于混沌理论的研究与应用,受到了广泛关注。目前,混沌同步控制的理论研究以及在保密通信方面的应用也得到不断地发展。混沌同步的研究对于保密通信有着重要的意义,考虑到组合同步多变量、组合方式多样的特性,对保密通信方向的应用有天然优势,但目前对多个混沌系统之间的组合同步控制研究还较少
学位
习近平总书记强调,要把红色资源利用好,把红色传统发扬好,把红色基因传承好。思政课要落实立德树人根本任务,就要注重将红色文化资源与思政课教学有机融合,发挥出红色文化资源溯本清源、固本强基、铸魂育人的育人功能。在高职院校思政课教学中融入辽宁省红色文化资源,应注重从理论教学和实践教学两个方面探索融合路径,结合高职院校学生特点寻求方式方法,不断提升思政课育人效果,引导新时代大学生坚定理想信念、肩负社会责任
期刊
目前针对高速铁路应急救援处置流程监管,主要依靠应急管理人员指挥及自身经验完成,对应急救援进度预警研究还存在不足。根据高速铁路行车事故应急救援过程,利用随机网络GERTS模型并确定节点参数,将预测结果作为合理的救援计划时间,对比关键工序实际救援时间与计划时间,判断进度延误趋势,以进度偏差为指标进行预警,完成高速铁路交通事故应急救援进度预警模型的构建,并以某次高速铁路事故应急救援过程为例,说明模型的具
期刊
促进制造业数字化、网络化、智能化是《中国制造2025》的重要方针之一,利用数字技术与人工智能技术提高制造效率为当前主流趋势。随着工业4.0的发展,制造业逐步向个性化、定制化生产转型,同时全球制造业正面临着人力成本上升的问题。在离散制造单元中使用人机协作技术,可以充分发挥人与机器人各自优势,从制造柔性、效率和安全方面得到提升,因此成为重点研究对象。实现人机协作关键在于让机器人理解人的行为活动。Kin
学位
电动汽车对能源的利用具有多元化、高效化特点,且在使用过程中可实现零排放或超低排放,成为实现交通可持续发展的最佳选择。电动汽车行业发展势头迅猛,动力电池、电力驱动控制等核心技术的研发与更新也极为迅速,由此导致汽车的结构产生脱胎换骨式的改变,车辆的振动特性亦会出现较大变化。另外,电动汽车发展历程中一直存在电池容量较低,续航里程亟待提升的问题。为使得电动汽车在行使过程中具有更好的乘坐舒适性和续航能力,本
学位
列车调度员作为高速铁路运行的核心指挥人员,其应急处置能力直接影响高速铁路系统的运行安全与效率。在分析高速铁路列车调度员应急处置作业流程与内容的基础上,提出以业务基础知识、运行优化调整能力、作业安全水平、沟通能力为准则层,以处置期间客车增晚时间、应急响应时间、调度命令准确率、受令单位正确率、标准用语规范性等12项指标为指标层的评价体系。采用TOPSIS方法构建高速铁路列车调度员应急处置能力综合评价模
期刊