实验原理 AFM是SPM家族中应用领域最为广泛的表面观察与研究工具之一。其工作原理基于原子之间的相互作用力。当一根十分尖锐的微探针在纵向充分逼近样品表面至数纳米甚至更小间距时，微探针尖端的原子和样品表面的原子之间将产生相互作用的原子力。原子力的大小与间距之间存在一定的曲线关系。在间距较大的起始阶段，原子力表现为引力，随着间距的进一步减小，由于价电子云的相互重叠和两个原子核的电荷间的相互作用，原子力又转而表现为排斥力。这种排斥力随着间距的缩短而急剧增大。AFM正是利用原子力与间距之间的这些关系，通过检测原子间的作用力而获得样品表面的微观形貌的。   仪器概述 AFM采用对微弱力极其敏感的微悬臂作为力传感器──微探针。微悬臂一端固定，另一端置有一与微悬臂平面垂直的金字塔状微针尖。当针尖与样品之间的距离逼近到一定程度时，两者间将产生相互作用的原子力，其中切向力（摩擦力）Ft使微悬臂扭曲，法向（纵向）力Fn将推动微悬臂偏转。我们所关心的主要是纵向力Fn，它与针尖──样品间距成一定的对应关系，即与样品表面的起伏具有对应关系。微悬臂的偏转量十分微小，无法进行直接检测，采用光学方法将偏转量放大，可推知微悬臂偏转量（即原子力）的大小，最终获得样品表面的微观形貌。   仪器特点 特有的卧式探头 卧式AFM探头设计，使原子力作用方向与重力方向垂直而互不干扰；降低了探头的整体重心；克服了原有粗调与微调逼近机构的垂直蠕动；具有独特的卧式可视化光路。探头及仪器性能更加稳定和优越。   稳定的三轴压电扫描器 采用互相正交的三轴压电陶瓷扫描控制器，X、Y、Z三轴压电陶瓷之间互不耦合，可保证扫描图像不因耦合而失真；扫描器具有更好的扫描线性和独立性、更高的强度和刚度，兼具更强的扫描驱动力，能同时适用于较小与较大、较轻与较重样品的扫描成像。   优化的检测与控制系统 采用优化的微纳米扫描与反馈控制电路系统，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可获得更高的扫描分辨率、更好的重复性和更佳的图像质量。   完善的软件界面与功能 功能强大、界面友好，可适用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系统。一般操作者均可轻松而熟练地掌握，只需点击鼠标，即可完成从图像扫描到图像处理及数据信息计算的全部操作。可用鼠标任意选择局部扫描区域，实现图像平移、定位和缩放；可设定扫描次数并自动控制扫描停止；具有实现X、Y方向的面扫描和线扫描的功能；可获得样品表面的纳米级三维形貌结构和截面线；高质量的彩色/黑白平面图像显示与三维立体图像显示；具有图像的二维和三维纳米标尺标注功能及粒径测量功能；具备纳米级表面微观粗糙度的统计及计算功能；可精确测定样品表面的微纳米级台阶高度和深度；完善的图像处理功能，包括裁剪、粘贴、旋转、对比调节、亮度调节、颜色调整、背景色调整、图像平滑、滤波等。   简单便捷的仪器操作 AFM的操作十分简单和便捷，一般操作人员即可完成，无需专人操作和维护。安装探针、安装样品、粗调和微调进样、图像扫描、图像存储等操作，均可在1分钟内完成。特别适用于科学研究、教学实验及产品检测。   高稳定性与抗干扰能力 AFM既可在良好的实验条件下完美工作，也可在有一般实验室、普通桌面、有轻微振动、有环境干扰、有光照等条件下正常运作，快速扫描观察各种微纳米样品，获得理想的图像和微纳米结构信息。具备更好的稳定性和抗震性，更强的抗（光、电、磁等）干扰能力，更快的扫描速度（最快1幅图像/1~6秒，作为对比，进口仪器的扫描速率一般为1幅图像/10~20分钟甚至更慢）。   高适用性广泛应用领域 可同时适用于科学研究、本科生和研究生的教学实验及纳米技术产品的检测，广泛适用于各种金属/非金属、导体/非导体、磁性/非磁性材料样品的扫描检测。对被测材料样品无特殊要求，免去繁琐的样品制备过程，可直接扫描获得微纳米结构信息。   实验内容与典型实验数据 部分扫描测试样品的AFM图像   部件列表 描述 数量 原子力显微镜探头 1 控制机箱 1 直流高压电源 1 A/D&D/A控制接口卡 1 AFM微探针 15组60 tips USB光学显微镜 1 一体机, 含AFM扫描控制软件 1 样品 5 剪刀、镊子、启子、放大镜等工具 1

研发阶段/n目前国内生产使用的主要是金属关节，虽然其价格低廉，但仍存在断裂、腐蚀、股骨头磨损等问题，进口人工关节价格昂贵。高纯氧化铝生物陶瓷适用于矫形关节假体部件的替代材料及制品，是一种生物相容性好、耐腐蚀及耐磨损的生物惰性材料。氧化铝陶瓷与金属复合的人工关节，结合了陶瓷生物相容性好、耐磨及金属抗折强度高、韧性好的优点，开发生物陶瓷与金属复合及配伍的人工髋关节，能改变目前国内无生物陶瓷人工关节生产的局面，提高我国人工关节产品的档次，参与国外产品的竞争，为我国髋关节患者提供高质量、价廉的人工髋关节产品

研发阶段/n内容简介：一种人工关节简化模拟磨损试验机，由上、下圆盘、润滑液容器、轴向支撑轴承、内外转动驱动杆、屈伸运动驱动杆、运动连杆、减速箱、重力砝码、驱动马达、工作台、负荷曲线凸轮、负荷杠杆等组成，除重力砝码悬挂在负荷杆杆下位于工作台台面以下外，其余部件均位于工作台台面上，上下圆盘相互垂直接触，下圆盘嵌于润滑液容器中，负荷曲线凸轮与减速箱输出轴的一端连接，减速箱输出轴的另一端通过运动连杆等推动内外运动驱动杆和屈伸运动驱动杆连接，内外运动驱动杆与润滑液容器连接以带动嵌在里面的下圆盘试样作内外转动，

本发明提供了一种带轴向限制防脱位结构的人工全髋关节假体，包括髋臼假体，内衬，股骨头假体，内衬位于髋臼假体的凹槽内，股骨头假体头部位于内衬的凹槽内，还包括轴向限制防脱位结构，该防脱位结构贯穿髋臼假体、内衬以及股骨头假体头部的中央部位，将上述三者连为一体且可调节其长度及弹性。使用此带轴向限制防脱位结构的人工全髋关节假体，获得了轴向牵拉作用限制股骨头假体从髋臼假体内脱出，达到减少甚至消除人工全髋关节置换术后发生的髋关节脱位的并发症，并可增加术后髋关节的活动度，对术后患者的日常活动的限制要求降低，结构设计简单，操作便捷，拆卸容易，也有利于人工全髋关节假体松动在翻修时假体的取出。

本发明公开了一种单关节助力外骨骼滑模控制的方法，该方法首先采集小腿上的多维力传感器的信号；实时控制器将多维力传感器接触点的力转换为该点期望的速度，通过运算进而得出膝关节的期望角度；实时控制器通过采集运算旋转编码器的角度信息，输出控制电液伺服阀的电压信号；伺服阀放大板将该电压信号转化为电液伺服阀的电流信号；电液伺服阀根据电流信号的大小，实现对流入液压缸流量的控制，进而实现液压缸活塞位置的控制；本发明的滑模变结构控制方法具有响应快速、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识，物理实现简单等特点。

本发明涉及一种两自由度机器人肩关节机构，由基座、运动输出座和联接上述两连 接座的三条支链组成。其中，第一、二条支链结构相同，自上而下分别由一个移动副和两个 转动副以及它们之间的连杆组成；第三条支链通过一个万向节将基座和运动输出座相联接， 且万向节的十字轴的两轴线分别与第一、二支链的转动副轴线相平行。本发明的运动输出座 可与机械手臂相连，实现两个转动的运动输出，机构关节少，运动副自由度总数只有 8 个，使得它可以有效地改善并联机构因为运动副自由度过度而导致的容易发生挠曲和扭转变形 的问题。本发明具有结构简单、承载能力强、响应速度快和工艺性好等优点，适合作人形机 器人的肩关节机构。 

成果简介：本项目研制的柔性一体化关节采用机电一体的模块化设计，具有高力矩稳定输出（输出力矩70Nm），高集成化（机构、驱动电路和通信模块集成于关节之中）、互换性好（肩、肘关节可直接替换）、可靠性高等特点，适合于大规模生产，可以降低机械臂成本，具有极大的市场推广价值。关节内部含有弹性环节，存在内在柔性，当与环境或人接触时，可以保证人不受伤害以及机械臂自身的安全性。同时，可以测量关节的输出力矩，获得比传统关节更好的力控制精度与稳定性。 本项目在柔性一体化关节的基础上研制了仿人柔性机械臂，该

独自拥有。

原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)，是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。 原子力显微镜主要由带针尖的微悬臂，微悬臂运动检测装置，监控其运动的反馈回路，使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件，计算机控制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分辨率也在纳米级水平。AFM 测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。