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基于Stewart并联机器人的皮肤生物3D打印方法研究

魏孝杰 梁文峰 朱慧轩 郭凯 高飞扬 尹震宇 李松

工程设计学报2025,Vol.32Issue(5):590-600,11.
工程设计学报2025,Vol.32Issue(5):590-600,11.DOI:10.3785/j.issn.1006-754X.2025.05.140

基于Stewart并联机器人的皮肤生物3D打印方法研究

Study on the method of skin bio-3D printing based on Stewart parallel robot

魏孝杰 1梁文峰 2朱慧轩 3郭凯 4高飞扬 4尹震宇 5李松6

作者信息

  • 1. 沈阳建筑大学 机械工程学院,辽宁 沈阳 110186||中国科学院 沈阳自动化研究所机器人与智能系统重点实验室,辽宁 沈阳 110016||中国科学院 机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
  • 2. 沈阳建筑大学 机械工程学院,辽宁 沈阳 110186
  • 3. 中国科学院 沈阳自动化研究所机器人与智能系统重点实验室,辽宁 沈阳 110016||中国科学院 机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169||中国科学院大学,北京 100049
  • 4. 中国科学院 沈阳自动化研究所机器人与智能系统重点实验室,辽宁 沈阳 110016||中国科学院 机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
  • 5. 中国科学院 沈阳计算技术研究所,辽宁 沈阳 110168||辽宁省国产基础软硬件工控平台技术研究重点实验室,辽宁 沈阳 110168||中国科学院大学,北京 100049
  • 6. 中国科学院 沈阳自动化研究所机器人与智能系统重点实验室,辽宁 沈阳 110016||中国科学院 机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169||中国科学院 沈阳计算技术研究所,辽宁 沈阳 110168||辽宁省国产基础软硬件工控平台技术研究重点实验室,辽宁 沈阳 110168||中国科学院大学,北京 100049
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摘要

Abstract

Biol-3D printing offers a new approach for treating skin injuries.However,the significant three-dimensional morphological heterogeneity inherent in native skin structures poses challenges for their precise replication using the existing methods.Therefore,this study integrated the Stewart parallel robot with the bioprinting technology to develop a dual-nozzle curved-surface skin printing system.Firstly,in order to obtain the workspace of the Stewart parallel robot,the inverse kinematics feasible region of the system was solved.By combining the constraints such as the lengths of the parallel robot's linkages,the rotation angles of the hinges,and the interference between the linkages,the printable angles and effective ranges of the moving platform of the parallel robot under different conditions were obtained.Subsequently,a simulation model of the printing system was constructed to validate the workspace analysis.By controlling the movements of 6 linkages,the kinematic solution of the system was solved,and the movement distance of the nozzle was obtained.Inverse solution calculation and positive solution simulation demonstrated the system's theoretical capability to print skin structures with a maximum angle of 26° and a maximum area of 142 mm×134 mm.Then,using two types of GelMA hydrogels with two colors exhibiting favorable biocompatibility,the printing system was employed to print a bilaterally symmetric pentagonal star structure,a horizontal double-layer structure with a side length of 18 mm,and a curved-surface double-layer structure with an angle of 18°.Finally,in order to verify the functionality and practicality of the printing system,cell-laden printing was performed,and the survival rate and growth status of the printed cells were obtained.This research is expected to provide an effective method for printing real skin.

关键词

皮肤打印/打印方法/Stewart并联机器人/工作空间分析

Key words

skin printing/printing method/Stewart parallel robot/workspace analysis

分类

计算机与自动化

引用本文复制引用

魏孝杰,梁文峰,朱慧轩,郭凯,高飞扬,尹震宇,李松..基于Stewart并联机器人的皮肤生物3D打印方法研究[J].工程设计学报,2025,32(5):590-600,11.

基金项目

国家自然科学基金资助项目(5220053298,62573305) (5220053298,62573305)

中国科学院研究所自主部署项目(E455011701) (E455011701)

工程设计学报

OA北大核心

1006-754X

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