Force modeling for needle insertion into soft tissue based on mechanical properties and geometric parameters

The force model during needle insertion into soft tissue is important for accurate percutaneous intervention.In this paper,a force model for needle insertion into a tissue-equivalent material is presented and a series of experiments are conducted to acquire data from needle soft-tissue interaction process.In order to build a more accurate insertion force model,the interaction force between a surgical needle and soft tissue is divided into three parts：stiffness force,friction force,and cutting force.The stiffness force is modeled on the basis of contact mechanics model.The friction force model is presented using a modified Winkler＇s foundation model.The cutting force is viewed as a constant depending on a given tissue.The proposed models in the paper are established on the basis of the mechanical properties and geometric parameters of the needle and soft tissue.The experimental results illustrate that the force models are capable of predicting the needle-tissue interaction force.The force models of needle insertion can provide real-time haptic feedback for robot-assisted procedures,thereby improving the accuracy and safety of surgery.     

四自由度挖掘装置的力学特性分析

为了分析四自由度挖掘作业装置的力学特性,利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了作业装置的运动学模型,确定了各个关节相对于基础坐标系的函数关系式。根据作业装置各个关节之间的连接关系和不同的驱动方式,分别建立了斗杆、铲斗挖掘时的最大挖掘力优化求解模型,得到了作业装置在工作空间内的挖掘力、倾翻力矩和水平作用力的分布特性,为作业装置的设计、挖掘机作业稳定性分析和安全控制提供了依据。提出的优化分析方法,具有简单、可靠的特点,有理论和工程应用价值。     

短程反硝化-厌氧氨氧化工艺在废水中的应用进展

针对传统硝化-反硝化工艺处理富含硝酸盐（NO3-）等污水的能耗高和成本高等问题,短程反硝化-厌氧氨氧化（partial denitrification-anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX）工艺以其能耗低、成本低等优点吸引了国内外研究者们关注。本文结合国内外基于PD/A工艺在污水处理中的适用性和可行性研究,分别从PD/A工艺在污水中的作用机理、影响因素和研究应用等角度出发,综述了PD/A工艺在污水中的研究进展,以期为PD/A工艺在污水中的实际应用提供一定的理论支撑     

干冰气垫器设计的理论计算

利用气体动力学,计算流动的气膜对气垫器底盘的总作用力,理论与实际结果相符.     

超高压微流道流动性研究

阐述了截面为方形和圆形的管道尺寸减小时,比表面积以10倍的速度增加,导致表面力包括各种分子间作用力的作用加强。当尺寸在1nm~1um范围内,流体的压力损失与分子间作用力成正比,与微管道特征尺寸的平方成反比。同时,由于尺寸的减小,强化了微通道内流体的质量和动量传递过程。     

壁虎的运动行为与动力学研究: 竖直面内运动方向的影响

壁虎在竖直面内不同方向运动时运动行为的观察和运动作用力的测定不仅能揭示出壁虎运动的力学规律, 也可以进一步获得仿生机器人控制设计的灵感. 用三维力传感器阵列测定大壁虎在竖直面内运动的三维作用力, 并结合高速摄像讨论在自下向上, 自上向下和自右向左3 个不同方向运动时大壁虎的运动行为及其脚掌的功能. 结果表明大壁虎的运动速度随步频的提高而增加, 但与脚掌的黏附时间与脱附时间无明显相关性. 大壁虎各脚掌产生相应的作用力以平衡重力和翻转矩, 并为运动提供必要的推力; 位于身体质心上方的脚掌在支撑身体、运动驱动、运动平稳等方面都起到关键作用; 竖直面内大壁虎在不同方向运动时运动行为和脚掌功能所发生的相应改变, 使得大壁虎能够在竖直面上安全高效的自由运动. 这一研究对仿壁虎机器人的结构设计、步态规划和控制的选择有所启发和帮助.     

NO2-N途径的短程硝化反硝化除磷试验研究

在序批式活性污泥反应器(SBR)中,以模拟城市污水为处理对象,研究了短程硝化和以NO2--N为电子受体的反硝化除磷过程特征及处理效果.试验表明,在SBR反应器中以NO2--N作为电子受体进行反硝化除磷是完全可行的.在温度为20～25℃,曝气量为30～40 L.h-1,pH值为7.0～7.5,MLSS为3 000 mg.L-1左右的条件下,COD、NH4+-N、TN及TP的平均去除率分别达到92%、96%、89%和90%.     

乙醇脱氢酶底物分子对接的优化

通过分子对接的方法,探寻乙醇脱氢酶催化底物脱氢时酶与底物分子的特定位点间存在作用力及其与底物亲和力之间的相关性.研究结果表明:影响乙醇脱氢酶催化底物与酶相互作用的主要因素并非是分子量或者分子间氢键的键能,而是分子间总的作用力及分子间形成氢键的个数,其相关系数可达0.63;辅酶及金属离子对酶与底物结合的抑制常数及结合位点具有十分显著的影响.     

SHARON法处理垃圾焚烧厂渗滤液

探索短程硝化反硝化法处理焚烧厂渗滤液时的快速启动方法,考察水力停留时间(tHR)与COD去除率和氨氮去除率的关系以及进水w(C)/w(N)与COD去除率和氨氮去除率的关系,结果表明:在tHR为6.5～10 d,w(C)/w(N)在3～5的情况下,COD去除率维持在80%左右.氨氮的去除率能稳定在95%左右,是较经济的tHR和w(C)/w(N)控制点.     

跳远短程下坡跑起跳练习手段的实验研究

运用文献资料法、测力台实验、数理统计法对实验对象在1°、2°、3°、4°坡的短程下坡跑起跳和全程平跑起跳的实验指标（最大冲击力值、起跳时间、蹬伸指数、波谷力值）进行分析比较,得出：4个坡度的短程下坡助跑起跳在针对跳远起跳腿支撑能力的练习中,2°、3°、4°坡的短程下坡助跑起跳训练手段均能达到和全程平跑助跑起跳相当档次的负荷强度,其变化形式是以3°坡为拐点,在3°坡之前逐步加大,在3°坡之后逐步减小;3°坡的实效性相对于其它坡度最为适合,其与全程平跑助跑起跳的素质要求和负荷强度最为接近。