软体智能机器人的系统设计与力学建模

机器人或机电装备通常由电机模组、液压元件、齿轮和铰链等硬质部件构成,具有动力足、精度高等优点,但在实现低噪声、高安全系数与亲和性等方面存在挑战.受自然界生物体的柔软特性与高环境适应性的启发,设计制造软体机器人是近年来机器人领域的研究热点.作为软体机器人的核心构成部分,智能软材料可在外界不同刺激下产生不同响应,具有材料柔韧、生物相容性好、易于制备、价格低廉等优点,可广泛应用于机器人的设计与制造.几类典型的具备驱动功能的智能软材料与结构获得广泛的研究,包括气动软体肌肉、形状记忆合金/聚合物、离子交换聚合物、介电高弹体、响应水凝胶等.本文介绍了多种驱动类型的软体智能机器人研究成果,并从软体智能机器人的系统设计与力学建模两个方面进行了归纳分析与讨论.      

压印光刻中的两步对正技术

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正.实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记.利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正,其准确度在精对正信号的捕捉范围内;利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号,在莫尔信号的线区进行精对正.由于线性区的斜率大, 精对正过程中得到相应x,y方向的对正误差信号灵敏度高,利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号,对承片台进行驱动定位,实现精对正.最终使X,Y方向上的重复对正准确度分别达到了± 21 nm(± 3σ)和±24 nm(± 3σ).     

自控液晶光阀组式光刻快门研究

通过理论推导,构建了抗蚀剂的感光特性、光源的光效与曝光量之间的数学模型,为液晶光阀代替穿孔带提供了理论依据.结合液晶光阀的工作原理和光刻快门的控制原理,对液晶光阀组的控制进行了研究并给出了其控制电路图.通过实际光刻试验,自控液晶光阀组光刻快门机构可以完成编码图案的控制,通光控制达到了预计要求,刻出的图案清晰,线条陡直.证明液晶光阀组替代穿孔带用作光刻快门是完全可行的.     

用于软材料的双子弹电磁驱动SHPB系统

软材料的动态力学性能研究一直备受关注,目前分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)技术是其最重要的测试手段,然而在测试超软材料时实验装置设计方面仍存在许多有待改进之处。本文中研制了一套双子弹电磁驱动SHPB系统,使用聚碳酸酯作为杆件材料以克服软材料试件带来的诸多困难,引入了双子弹设计方案解决了电磁驱动方式难以应用于非铁磁材料的问题,并有效保证了子弹速度的准确控制。使用双子弹电磁驱动SHPB系统和传统金属SHPB装置同时对硅胶材料的动态力学性能进行了测试,实验结果的吻合性验证了本套系统的可靠性。应用双子弹电磁驱动SHPB系统开展了聚乙烯醇(polyvinyl alcohols, PVA)水凝胶这种超软材料在高应变率下的实验,成功表征出其动态力学性能。     

稀土对38CrMoAl钢软氮化层抗冲蚀磨损性能的影响

研究了稀土元素对38CrMoAl钢软氮化层抗冲蚀磨损性能的影响. 结果表明: 与软氮化相比, 稀土软氮化提高了38CrMoAl钢的抗冲蚀磨损性能, 同时提高了软氮化层的硬度以及钢的冲击韧度. 由于软氮化时稀土的渗入, 改善了渗层组织, 从而提高了38CrMoAl钢的抗冲蚀磨损性能和机械性能. 扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌的观察发现, 普通软氮化层的磨损特征为塑性变形形成的犁沟剥落, 并伴随着萌生横向裂纹, 有大块磨屑剥落; 而稀土软氮化层则为塑性变形形成的犁沟剥落.     

红外、近红外光谱-簇类的独立软模式方法识别植物调和油脂

用IR,NIR光谱法结合簇类的独立软模式(SIMCA)识别方法对植物油脂进行分类识别,建立了识别二元、三元植物调和油脂的测定方法。应用NIRCal5.2软件的SIMCA技术,分别为所制备的植物调和油脂建立了IR和NIR识别模型,并讨论了光谱处理和数据处理方法来提高模型的分类识别效果。分别以各种植物调和油脂的IR和NIR光谱为变量,随机抽取2/3的样本作训练集,建立了各个调和油的主成分分析(Princi-pal component analysis,PCA)模型;1/3作验证集,对所建模型进行验证识别。用聚类分析-主成分分析(CLU-PCA)方法考察调和油的IR,NIR光谱信息与其纯油的主成分分布。结果显示,在4000～10000cm-1光谱范围内,SIMCA可以对15种二元调和油和2种三元调和油的NIR光谱分别聚类并识别;并对10种二元调和油和2种三元调和油的IR光谱分别聚类并识别。IR以4个波数1099,1119,1746与2855cm-1的吸收值作为分析基础,选择不同的主成分数及数据预处理方法。各种油脂的SIMCA分析的分类精度均为100%,调和油的验证识别准确率100%,最低识别比例为1%,且IR识别灵敏度高于NIR。     

胶体金免疫层析法快速检测腹泻性贝毒软海绵酸的研究

腹泻性贝毒是一类分布较广的赤潮毒素,严重威胁到人类的健康和安全。本文用胶体金标记利用细胞融合技术制备的抗软海绵酸单克隆抗体,使用卵清蛋白合成高偶联比的包被抗原,以硝酸纤维素膜为载体,利用免疫层析技术原理,建立了快速检测软海绵酸的免疫层析试纸条方法。方法检出限12 ng/mL(0.96纳克/条)。     

以聚乙二醇为模板剂制备MoS2空心微球

以聚乙二醇(PEG)为模板剂, 采用软模板法制备出MoS2空心微球, 并采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(IR)和扫描电子显微镜(SEM)对产物进行表征. 结果表明, 所制备的MoS2为粒径约2-7 μm的空心微球, 但结晶程度较差, 需通过退火工艺进行改善; 聚乙二醇与MoS2发生了较为强烈的有机-无机杂化作用, 其浓度和分子量对产物形貌调控均有重要影响. 同时, 结合红外光谱分析, 对MoS2空心微球的形成机理进行了初步的探讨.     

软X射线光谱的第一性原理模拟(英文)

软X射线光谱是通过核激发或去激发以探测分子、表面及各种化合物的电子结构和化学结构的有效的测量技术。本文对基于密度泛函理论描述X射线吸收、发射的各种不同过程的计算方法进行了综述。重点讨论了各种方法的基本原理、实际操作和具体应用。提供了K边X射线光电子能谱、吸收和发射光谱详细的模拟细节以及一些代表性体系的算例(包括分子、富勒烯、碳纳米管、单层石墨和DNA链)。     

软粒子力学性能的模拟研究

运用弹性膜理论结合三角网格动力学模型模拟研究了平行板压缩软粒子的过程, 仔细考察了压缩过程中软粒子的形状变化、应力响应、力学松弛和粘弹行为. 模拟结果与已有的实验基本一致.