踝关节柔性助力外骨骼设计与开发
这是一篇关于助力外骨骼,柔性,踝关节,跖屈助力,助力模型的论文, 主要内容为下肢外骨骼是一类融合了机械、电子、控制、生物力学等多个学科前沿技术的助行设备,通过特殊的机械结构与软件功能设计,实现对人体下肢运动功能的补充、替代或增强,因此在康复、军事以及民用领域都有广泛应用。但目前下肢外骨骼一般采用刚性结构设计,存在人机协同度低、助力顺应性差等缺陷,限制了外骨骼的实际助力效果。因此设计一种能够实现拟人化助力的下肢柔性外骨骼具有重大研究意义。另外,目前多数下肢柔性外骨骼均涉及下肢三个关节,而踝关节是承载下肢运动功能的最主要的关节,所以踝关节柔性外骨骼最具有研究价值。鉴于此,本课题将致力于设计并开发一款踝关节柔性助力外骨骼,创成一套外骨骼原型样机,解决目前外骨骼人机协同度低、助力效果不佳等问题。本文分别从外骨骼柔性机构设计、高性能系统平台搭建、个性化助力设计以及系统性能验证等方面展开研究。一、柔性机构设计:首先对踝关节解剖学与生物力学进行分析,形成本研究的外骨骼助力方案。然后设计并实现了一种高安全性、强适用性、轻质化的可穿戴模块机构和一种高传动效率、强抗扰能力的柔性传动模块机构。最后将可穿戴模块与柔性传动模块有机耦合,实现了一种符合人体踝关节运动特征的踝关节外骨骼柔性机构,具备跖/背屈自由度以及顺应人体跖屈肌收缩的“电机-减速器-转动/平动转换单元-PE绳-刚/柔转换单元-鲍登绳-小腿三头肌锚点-跟腱锚点-生物踝关节”助力传递路径。二、系统平台搭建:分为硬件和软件两部分展开。对于硬件平台,从系统的助力功能设计需求以及外骨骼的实际应用需求出发,设计并实现了一种具备安全性、适用性及灵活性的硬件平台,能够承载跖屈助力的控制和输出功能。对于软件平台,创新地使用MFC(微软基础类库)和VC++语言环境对软件功能进行开发,分别实现了系统的单向驱动控制功能和基于踝关节角度与足底压力信号进行反馈控制的功能,并开发了一个面向操作者、支持在线参数设置和实时数据显示等功能的人机交互界面。结合硬件和软件设计,本课题最终实现了一个具有安全性、适用性、可扩展性且能满足跖屈助力需求的高性能外骨骼系统平台。外骨骼柔性机构与系统硬件/软件平台的依次实现,即创成了本研究的踝关节柔性助力外骨骼原型样机。三、助力策略设计:提出了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型,首先通过助力前步行测试提取各穿戴者的步态特征值,然后基于助力模型解算出各项运动控制参数,最后通过人机交互界面参数设置窗口将参数回设至助力控制流程,实现了针对不同穿戴者的个性化跖屈助力设计。四、系统性能验证:基于个性化多参数助力模型,分别对原型样机系统的可行性与助力有效性进行验证。使用CMU测试工具验证系统运动控制功能,结果显示实际速度曲线特征完全符合预设参数,且反馈误差仅为0.1%,因此初步证明了系统的可行性。助力有效性验证试验的结果表明,在穿戴外骨骼并开启助力时,各受试者穿戴侧下肢跖屈肌激活度相较穿戴前平均下降12.7%,说明基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力策略的外骨骼原型样机,可以为穿戴者提供有效的跖屈辅助,初步证明了系统的助力有效性。通过上述各项研究工作,本课题最终形成了一套踝关节柔性助力外骨骼原型样机,设计了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型,其中,系统软件平台的创新性设计为样机提供了较强的功能性和可操作性,而个性化多参数助力模型与外骨骼柔性机构结合,则有效解决了外骨骼助力效果不佳的问题。因此,本研究对下肢柔性外骨骼的研究和应用,都将具有重要的理论和实际意义。
踝关节柔性助力外骨骼设计与开发
这是一篇关于助力外骨骼,柔性,踝关节,跖屈助力,助力模型的论文, 主要内容为下肢外骨骼是一类融合了机械、电子、控制、生物力学等多个学科前沿技术的助行设备,通过特殊的机械结构与软件功能设计,实现对人体下肢运动功能的补充、替代或增强,因此在康复、军事以及民用领域都有广泛应用。但目前下肢外骨骼一般采用刚性结构设计,存在人机协同度低、助力顺应性差等缺陷,限制了外骨骼的实际助力效果。因此设计一种能够实现拟人化助力的下肢柔性外骨骼具有重大研究意义。另外,目前多数下肢柔性外骨骼均涉及下肢三个关节,而踝关节是承载下肢运动功能的最主要的关节,所以踝关节柔性外骨骼最具有研究价值。鉴于此,本课题将致力于设计并开发一款踝关节柔性助力外骨骼,创成一套外骨骼原型样机,解决目前外骨骼人机协同度低、助力效果不佳等问题。本文分别从外骨骼柔性机构设计、高性能系统平台搭建、个性化助力设计以及系统性能验证等方面展开研究。一、柔性机构设计:首先对踝关节解剖学与生物力学进行分析,形成本研究的外骨骼助力方案。然后设计并实现了一种高安全性、强适用性、轻质化的可穿戴模块机构和一种高传动效率、强抗扰能力的柔性传动模块机构。最后将可穿戴模块与柔性传动模块有机耦合,实现了一种符合人体踝关节运动特征的踝关节外骨骼柔性机构,具备跖/背屈自由度以及顺应人体跖屈肌收缩的“电机-减速器-转动/平动转换单元-PE绳-刚/柔转换单元-鲍登绳-小腿三头肌锚点-跟腱锚点-生物踝关节”助力传递路径。二、系统平台搭建:分为硬件和软件两部分展开。对于硬件平台,从系统的助力功能设计需求以及外骨骼的实际应用需求出发,设计并实现了一种具备安全性、适用性及灵活性的硬件平台,能够承载跖屈助力的控制和输出功能。对于软件平台,创新地使用MFC(微软基础类库)和VC++语言环境对软件功能进行开发,分别实现了系统的单向驱动控制功能和基于踝关节角度与足底压力信号进行反馈控制的功能,并开发了一个面向操作者、支持在线参数设置和实时数据显示等功能的人机交互界面。结合硬件和软件设计,本课题最终实现了一个具有安全性、适用性、可扩展性且能满足跖屈助力需求的高性能外骨骼系统平台。外骨骼柔性机构与系统硬件/软件平台的依次实现,即创成了本研究的踝关节柔性助力外骨骼原型样机。三、助力策略设计:提出了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型,首先通过助力前步行测试提取各穿戴者的步态特征值,然后基于助力模型解算出各项运动控制参数,最后通过人机交互界面参数设置窗口将参数回设至助力控制流程,实现了针对不同穿戴者的个性化跖屈助力设计。四、系统性能验证:基于个性化多参数助力模型,分别对原型样机系统的可行性与助力有效性进行验证。使用CMU测试工具验证系统运动控制功能,结果显示实际速度曲线特征完全符合预设参数,且反馈误差仅为0.1%,因此初步证明了系统的可行性。助力有效性验证试验的结果表明,在穿戴外骨骼并开启助力时,各受试者穿戴侧下肢跖屈肌激活度相较穿戴前平均下降12.7%,说明基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力策略的外骨骼原型样机,可以为穿戴者提供有效的跖屈辅助,初步证明了系统的助力有效性。通过上述各项研究工作,本课题最终形成了一套踝关节柔性助力外骨骼原型样机,设计了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型,其中,系统软件平台的创新性设计为样机提供了较强的功能性和可操作性,而个性化多参数助力模型与外骨骼柔性机构结合,则有效解决了外骨骼助力效果不佳的问题。因此,本研究对下肢柔性外骨骼的研究和应用,都将具有重要的理论和实际意义。
电容式柔性触觉压力传感器及其自供电研究
这是一篇关于柔性,电容,压力传感器,自供电的论文, 主要内容为随着物联网和人工智能的快速发展,柔性自供电监测产品由于其便携性和可折叠性在实际场景中受到越来越多的关注。其中,柔性自供电监测产品主要分为两个部分:柔性监测部分和供能部分。柔性监测部分中的柔性电容式触觉传感器因为与其他几种传感机制相比,其功耗低、响应快、漂移小。然而,柔性电容式传感器的灵敏度、测试范围和成本仍需改进。因此,急需能够满足低成本和高灵敏度的新型柔性电容式触觉压力传感器。同时,柔性可穿戴器件使用的场景大部分为充能不方便或者有长时间续航的要求,但是目前的自供能模块存在续航不足或者能量密度较低等问题,无法满足实际需求。所以在传感的研究设计基础上通过集成柔性电池和摩擦发电机构成了新型的自供电一体监测系统。主要研究内容如下:(1)开发了一种结构简单、成本低、工作范围广、重复性好、灵敏度高的柔性电容压力传感器。传感器在静态和动态压力下都有良好的反应,具有较高的灵敏度和出色的重复性。该传感器具有出色的动态响应(80ms)和恢复(55ms)。在0-10k Pa的压力范围内,该传感器的灵敏度高达0.3199k Pa-1。重复性很好,在1400次循环下可以稳定工作。此外,电容式压力传感器的信号显示出非常高的信噪比,该传感器的电容非常大,在测试和应用中不需要任何降噪或信号放大。(2)设计了一种低成本的基于离子凝胶的微结构柔性电容式压力传感器,基于砂纸模板得到的不均匀突起的表面微结构介电层。介电层的机械性能极好(单轴拉伸性>3800%)。由于双电层和微结构的应用得到高灵敏度(在压力低于200k Pa时灵敏度为3.85k Pa-1)和高达1250k Pa的宽压力稳定工作范围。此传感器还显示出卓越的机械稳定性,在4k Pa的压力下经过2100次压缩/释放循环,并且在7天之后经过1000次的压缩/释放循环,没有明显的性能下降。传感器在比较小的尺寸下也能表现出高信号强度和低噪声,在经过6×6的阵列实验之后,信号在未经过处理的情况下能较好的识别分辨所附加的形状,以及具体位置,显示出此传感器在电子皮肤上无疑具有巨大的应用潜力。(3)设计了一种柔性可穿戴的摩擦电(TENG)自供电传感器系统,该系统在初期有电池供电之后,后期主要依靠人体关节运动提供动力转化的电能驱动微控制器进行工作。本次开发的TENG作为电源可以很容易地固定在各个关节侧面,将单个100μF电容器充电至3.7V只需要一分钟左右。本部分开发的应变传感器也能有效地监测运动变形,最后通过实际应用及网络服务的连接,验证了本次开发的自供电传感器系统的稳定性和实用性。
非现场监管分析系统设计与实现
这是一篇关于非现场监管分析系统,柔性,组件,Struts2,Spring,Hibernate的论文, 主要内容为伴随着国内经济快速稳定增长,银行业金融机构在发展壮大的同时,也处于从微见险到高风险积累阶段,存在大量不安全因素。金融机构的整体风险意识较弱,风险管理水平不强,在风险分析和辅助决策方面面临巨大挑战。因此,借鉴先进的监管分析方法,帮助金融机构监控自身及分支机构风险,已成为一种必然趋势。本文就是参考银监会的监管工作及分析方法,经机构适用调整优化,综合分析各类型银行业金融机构业务需求及其变化,以柔性软件开发思想为指导,利用J2EE分层、框架和组件技术设计和实现了面向金融机构具有一定柔性的非现场监管分析系统。 文章首先分析了银监会监管与机构自身风险监管需要的差异,对比各类型机构业务需求异同及其业务存在的变化,提出了开发一个适用各类金融机构具有一定功能和结构柔性的非现场监管分析系统。通过研究软件柔性开发技术和J2EE框架技术,以此作为系统设计开发的理论指导和技术基础。其次,对机构非现场监管分析系统的业务、功能和非功能性需求进行了详细分析,针对系统业务变化,重点设计系统数据模型,在系统分层架构设计的基础上,对持久层、业务层、表现层的各层框架流转时序,各层组件及系统的关键业务逻辑接口进行设计。最后,结合分析设计工作,对系统的表现层、业务层、持久层的各层组件进行实现,利用各层框架配置文件对各层组件进行组装实现系统所需功能,对系统具有的柔性进行总结。 总之,本文建立了具有一定柔性的面向金融机构的非现场监管分析系统,为金融机构提供统一的数据存放和联机分析平台,一定程度上满足了各类型金融机构业务及业务需求变更。系统采用主题分析、指标分析、数据分析、异常变化查看、骆驼评级等方法对以机构报表进行分析,帮助金融机构在快速变化的复杂环境下分析和评价自身及分支机构风险大小,提高了机构风险监控分析和辅助决策水平。
基于柔性工作流和知识管理的银行协同办公平台的设计与实现
这是一篇关于工作流,柔性,知识管理,协同,Lotus的论文, 主要内容为在日益激烈的金融市场竞争中,银行业正面临着越来越多的挑战,诸如,如何提高金融服务质量和工作效率,降低营运成本,不断推出创新的金融产品和服务,更好的服务目标客户,吸引并留住更多有价值的客户,实现银行利润的最大化。面对这些挑战,银行正充分利用IT技术来应对,以不断增强企业综合竞争实力。目前,国内大型商业银行已基本拥有了一大批面向需求的前台业务处理系统,并已完成或正在进行数据大集中。相对而言,国内银行业的后台内部工作管理系统的建设则明显滞后,这也就制约了银行更好地进行集中管理、全面控制成本、防范风险和面向客户服务。而内部工作管理的核心是协同。协同办公实现了组织内部门、人员之间的紧密协作,信息的快速传递,资源的有效整合,能大大提高了企业的工作效率。在协同的基础上引入知识管理的理念能更好的帮助企业从现有的环境中挖掘更多的知识,创造更多的价值,以适应知识经济时代对企业更高的要求。而工作流技术则是实现协同办公的关键技术,目前工作流技术的一个主要研究方向即是如何实现工作流的柔性,以适应不断变化的企业实际工作环境。那些刚性的、不能动态变化的工作流管理系统已明显无法适应当今如此激烈、多变的企业竞争环境。 本文基于工作流技术及知识管理的基本理论,分析和研究了柔性工作流和知识管理的实现技术,并结合中国银行股份有限公司上海市分行的实际需求,将其运用至基于Lotus Notes开发平台的分行协同办公平台的设计开发中,较好地实现了工作流的柔性和知识管理。 本文详细介绍了分行协同办公平台的设计目标、基础架构和功能组成,并重点阐述了柔性工作流及知识管理的设计、实现方法。工作流的柔性主要体现在选择的柔性和适应的柔性。对于选择的柔性,本文介绍了平台工作流管理系统设计采用的基于后续任务节点的工作流路径定义方法。这种方法能够方便、灵活的实现复杂流程的快速定义。在组织模型的定义上,除了传统的树形结构方式,本文进一步提出了平台提供的基于横向网络结构的定义方法。对于适应的柔性,本文分析并研究平台提供的多种在工作流执行过程中实现动态调整的方法及异常情况处理机制。此外,分行协同办公平台还引进了知识管理的理念,较好的实现了知识的转化和共享,知识的利用和增值,为分行今后构建学习型企业的知识门户打下了基础。本文介绍了七层结构的平台知识管理模型以及平台是如何实现知识的转化和共享、权限的管理、专家的互动及知识的搜索。 分行协同办公平台目前已在分行投入使用,并取得了良好的效果,经济效益显著。
仿叶脉复合吸液芯柔性超薄平板热管制备及性能研究
这是一篇关于柔性,叶脉分形结构,泡沫铜,吸液芯,热性能的论文, 主要内容为新型电子产品具有曲面、可折叠、柔性化的特点,传统金属平板热管已无法满足这类电子产品的散热需求。柔性超薄平板热管作为新一代电子产品散热器件,具有柔性、轻薄、体积小、导热性能强和均温性良好等优点,为这类电子器件有效热管理提供了理想选择。柔性超薄平板热管尚存在管壳热阻大、气液循环阻力大等问题;吸液芯多为编织网或者微沟槽,毛细性能有限。本文设计了一种具有仿叶脉复合吸液芯的柔性超薄平板热管,吸液芯采用激光加工并对其进行性能表征,研究确定了热管制备流程,对该热管的性能展开系统研究。本文模拟叶片叶脉分形结构设计了一种仿叶脉分形结构复合吸液芯。对仿叶脉结构通过数值分析法研究其对称性和分支角对其流动与散热能力的影响,并优选出最佳结构为85°对称。研究确定了其制备流程,涉及烧结工艺,激光雕刻,还原退火,化学改性处理。搭建了渗透率测试平台和毛细上升红外测试平台,开展了吸液芯槽道结构、孔密度、分支角和有无亲水处理对其渗透性能和毛细性能的影响研究。发现平行槽、仿叶脉非对称槽和对称槽毛细性能依次降低,而平行槽渗透性能最低、非对称槽最高。并发现毛细性能和渗透率均随着孔密度增加而降低。叶脉分支角度增加能够扩大吸液芯润湿面积并降低毛细高度,而渗透率随分支角度增加而先降后增。亲水处理能够提升1.1倍毛细性能,并降低11.85%的渗透率。设计热管的整体组成并研究确定其制备工艺流程。采用覆铜PI膜与超薄紫铜薄片作为热管的复合柔性管壳;使用梳齿状泡沫铜和紫铜丝网作为复合支撑结构;采用热压焊的方法为热管提供金属焊接密封;通过工质灌注、抽真空等操作完成热管制备。搭建柔性超薄平板热管性能测试系统,通过对有无仿叶脉槽、不同槽道结构、不同孔密度吸液芯的热管的热性能展开对比研究。发现具备仿生槽的热管具有优秀的热性能,比无槽结构极限功率提升27.3%,且热阻降低22.6%。而吸液芯为85°对称叶脉结构且孔密度为130PPI的热管性能表现最好。研究不同充液率下热管传热性能变化规律,并确定出充液率为100%;在此充液率下对比超亲水处理对热管热阻的影响,发现超亲水处理使得热管极限功率提升17.6%,热阻降低51.2%,达到20 W和2.0 K/W。与近年来其他文献热管热阻比较后发现,S6样本具备较强竞争力。
遗传算法在车间调度问题中的研究与应用
这是一篇关于遗传算法,车间作业调度,柔性,关键工序的论文, 主要内容为车间作业调度(Job-Shop scheduling problem)是一类典型的NP-hard问题,至今没有找到可以精确求得最优解的多项式时间算法。该问题是生产管理中的核心问题,好的求解方法可以促进企业提高生产率。因此,该研究无论从理论还是实际都有重要意义。有效的调度方法与优化技术的研究和应用,对于制造企业提高生产效率、降低生产成本有着重要作用,越来越受到学者们的关注。 本文首先分析了国内外在车间作业调度问题上的研究方法与发展现状,对车间作业调度问题进行了描述与数学分析。接着介绍了遗传算法的基本理论,包括遗传算法的概念、操作流程、操作算子等,并给出了遗传算法求解车间作业调度的算法。在此基础上研究了通过缩短空闲时间来实现车间作业调度优化的方法,给出了用该方法改进后的遗传算法,并分析了实验结果。 本文还研究了将遗传算法应用于柔性车间作业调度(FJSP)的情况。由于柔性车间作业调度问题是对传统车间作业调度问题的扩充,它更接近于现实的生产调度问题。本文针对柔性车间作业调度的特点,设计了基于关键工序的变异算子,使变异集中于关键路径,从而提高了变异过程的效率。在此基础上,设计了新的应用于柔性作业车间作业调度的遗传算法。最后对于文中出现的算法,进行了实验,实验结果证明了算法的可行性和有效性。
基于SSI框架的柔性卡片管理系统
这是一篇关于J2EE,SSI框架,卡片管理,Ajax,柔性的论文, 主要内容为随着数字化校园建设的不断发展，如何提供更加有效科学的信息管理系统已经成为提升学校管理能力和效率的重要内容。本课题立足于解决高校日常工作中的实际问题，开发设计了校园一卡通卡片管理系统，实现了校园卡从入库到出库的一整套管理流程，并提供科学的统计及分析功能，是高校数字化校园建设中利用信息技术规范管理、提升效率的典型应用。 本课题设计并实现了基于J2EE的Web轻量级框架SSI（Struts、Spring、iBatis）的柔性卡片库存管理系统。首先，描述了系统的实现背景、SSI框架的实现原理和柔性管理的特点；然后，描述了系统的需求分析，包括业务需求分析、用户需求分析、功能性需求和非功能性需求分析；其次，描述了系统的总体设计，包括系统整体架构设计、功能模块设计及数据库设计；最后，详细描述了系统主要功能模块的设计与实现。 本课题设计并实现的某高校卡片管理系统已经投入试运行，基本达到了预期的效果，不但提高了工作效率，还提升了卡片管理的科学性。该系统操作简单，可扩展性强，具备一定的柔性能力，可适用于同类型的卡片库存管理。
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