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并联踝康复机器人的系统搭建与运动控制策略

中南大学学报（自然科学版） 2019年第11期50卷 2753-2762页

作者：李剑锋张子康张雷雨董明杰左世平张凯北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

针对踝功能障碍患者,研制2-UPS/RRR并联踝康复机器人,协助患者进行踝关节背伸/趾屈、内翻/外翻及内收/外展运动康复训练。踝康复机器人系统包含机器人机械本体、驱动电机、编码器和力/矩传感器、上位机和下位机的软硬件等,具有踝关节力... 详细信息

针对踝功能障碍患者,研制2-UPS/RRR并联踝康复机器人,协助患者进行踝关节背伸/趾屈、内翻/外翻及内收/外展运动康复训练。踝康复机器人系统包含机器人机械本体、驱动电机、编码器和力/矩传感器、上位机和下位机的软硬件等,具有踝关节力/位置信息检测与主/被动康复训练功能。通过建立踝康复机器人的运动学模型,计算电机驱动速度与机器人动平台角速度的映射关系,并根据患者踝关节肌力等级与训练需要,规划康复训练的运动轨迹,进行踝关节被动康复训练。基于力/矩传感器的信息检测,对患者踝关节进行运动意图识别,实现由运动意图驱动的机器人控制即主动康复训练。最后,针对踝关节的3种典型运动方式,遴选健康的受试者分别进行主/被动康复训练实验。研究结果表明:研制的并联踝康复机器人具有完善的康复训练策略和良好的运动稳定性。

关键词：踝康复主动康复被动康复人机交互力位信息

人机相容型肩关节康复外骨骼机构的运动学与灵活性分析

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机械工程学报 2018年第3期54卷 46-54页

作者：李剑锋刘钧辉张雷雨陶春静季润赵朋波北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176

针对人体肩关节运动障碍的康复训练需求,提出一种3R-PU型串联肩关节康复外骨骼机构,可以实现肩关节的内收/外展、前屈/后伸和内旋/外旋运动。通过在人机界面引入被动关节P和U,使外骨骼机构与上臂形成的人机闭链转化为3-DOF运动学恰约束... 详细信息

针对人体肩关节运动障碍的康复训练需求,提出一种3R-PU型串联肩关节康复外骨骼机构,可以实现肩关节的内收/外展、前屈/后伸和内旋/外旋运动。通过在人机界面引入被动关节P和U,使外骨骼机构与上臂形成的人机闭链转化为3-DOF运动学恰约束系统,实现外骨骼机构与人体上臂的运动学相容。基于人体肩部各关节间的运动耦合分析,得到盂肱关节转心(Center of glenohumeral,CGH)在上臂抬升过程中相对于胸骨的位置变化关系。通过建立人机闭链的运动学模型,并进行位置逆解析,得到外骨骼机构各运动副的角位移变化曲线;同时,推导了人机闭链的速度雅可比矩阵,进行了运动灵活性分析。结果表明:被动关节P和U的运动幅度均较大,引入被动关节有益于解除人机界面处的运动约束,进而降低人机之间的约束强度;当上臂在0°、45°、90°和135°抬升面内运动时,外骨骼机构具有较好的运动灵活性。研究结果为外骨骼机构的运动规划与控制提供了分析依据。

关键词：肩关节康复外骨骼机构人机相容性运动学分析运动灵活性

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并联腕康复机器人的设计与运动学性能评价

机械工程学报 2024年第17期60卷 123-132页

作者：张雷雨常雅威俞振东于洋李剑锋张斐然北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 内蒙古第一机械集团股份有限公司包头014030 武汉第二船舶设计研究所武汉430064

中国脑卒中患者数量的巨幅增长且后遗症对患者生活质量带来严重影响,尤其手功能丧失最为突出,给社会经济带来巨大负担。因此,研发了人-机-环境高度融合的并联腕康复机器人,借助定制的直线推杆,具备良好的穿戴舒适性、承载性和高运动精度... 详细信息

中国脑卒中患者数量的巨幅增长且后遗症对患者生活质量带来严重影响,尤其手功能丧失最为突出,给社会经济带来巨大负担。因此,研发了人-机-环境高度融合的并联腕康复机器人,借助定制的直线推杆,具备良好的穿戴舒适性、承载性和高运动精度,能够适应腕关节运动轴线错位。基于腕关节生理体征、康复训练需求、运动学特征和可穿戴性,进行并联腕康复机构的构型综合,优选出2-SPU/RR并联构型,研制结构紧凑、运动精确及高支撑刚度的并联腕康复机器人样机。建立该康复机构的运动学模型,进行可操作度、灵巧性、刚度分析和运动学性能评价。分析结果表明:该并联机构能够满足康复运动的自由度需求,且运动平滑无突变,在康复运动范围内,不存在奇异位形,且具有良好的可操作性、灵巧性和各向同性。

关键词：腕康复并联机构可穿戴性运动学性能

穿戴式柔性下肢助力机器人发展现状及关键技术分析

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自动化学报 2020年第3期46卷 427-438页

作者：李剑锋李国通张雷雨杨东升王海东北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

穿戴式柔性下肢助力机器人技术在康复医疗、助老助残、生活起居等方面具有广阔的应用前景,具有质量轻、体积小、可穿戴性强、人机相容性好等优势.为促进我国柔性下肢助力机器人的研究和发展,总结国内外在该领域的研究进展,阐述了多种助... 详细信息

穿戴式柔性下肢助力机器人技术在康复医疗、助老助残、生活起居等方面具有广阔的应用前景,具有质量轻、体积小、可穿戴性强、人机相容性好等优势.为促进我国柔性下肢助力机器人的研究和发展,总结国内外在该领域的研究进展,阐述了多种助力系统的组成、驱动原理和运动学信息等,分析了各助力系统的辅助力/矩传递规律及其助力效果.同时,对柔性下肢助力机器人所涉及的安全与可靠性、步态检测技术、驱动方式及控制策略、助力性能评估等关键技术进行了分析.在总结研究成果及分析关键技术的基础上,指出柔性下肢助力机器人今后的发展方向、研究思路和面临的挑战.对于柔性下肢助力机器人及相关的研究工作,具有一定的指导意义.

关键词：柔性下肢助力机器人穿戴设备外骨骼髋关节下肢步态

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下肢柔性助力外衣的工效学设计与步态预测

中南大学学报（自然科学版） 2021年第4期52卷 1171-1184页

作者：张雷雨贺彦东李剑锋苏鹏陶春静季润董明杰北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176

为增强人体的下肢运动机能,研制一套柔性功能外衣,作为助力系统的末端执行元件包覆于人体下肢,对髋关节的前屈动作助力,并研发基于力位混合控制的外接驱动系统,初步完成下肢柔性助力外衣系统样机的搭建。在此基础上,提出以IMU为主导的... 详细信息

为增强人体的下肢运动机能,研制一套柔性功能外衣,作为助力系统的末端执行元件包覆于人体下肢,对髋关节的前屈动作助力,并研发基于力位混合控制的外接驱动系统,初步完成下肢柔性助力外衣系统样机的搭建。在此基础上,提出以IMU为主导的自适应步态检测算法,检测频率自适应于人体运动速度,实现步态信息的高效检测,并以检测信息为基础,提出“牛顿+三次指数平滑”预测算法,实时预测人体下肢动作。研究结果表明:功能外衣具有较高的刚度和良好的穿戴舒适性,符合功能外衣的设计要求;“牛顿+三次指数平滑”预测算法可实时预测50 ms之后的髋关节角度,预测过程稳定,在人体行走过程中,预测曲线平滑性较好,精度较高,可满足助力系统的步态预测要求,为下肢助力研究提供依据。

关键词：下肢助力功能外衣髋关节前屈自适应步态检测步态预测

冠心病介入治疗术后TNF-α/IL-10对远期心血管事件的预测价值

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实用医学杂志 2009年第12期25卷 1992-1993页

作者：宁彬刘伟董西学马震辛国勇张雷雨安徽省阜阳市人民医院心血管内科 236000

目的:探讨血浆肿瘤坏死因子α(TNF-α)/白细胞介素-10(IL-10)比率对冠心病患者介入治疗后远期心血管事件的预测价值。方法:用双抗体夹心ELISA法检测126例行介入治疗的冠心病患者血浆IL-10、TNF-α和TNF-α/IL-10水平,按TNF-α/IL-10水... 详细信息

目的:探讨血浆肿瘤坏死因子α(TNF-α)/白细胞介素-10(IL-10)比率对冠心病患者介入治疗后远期心血管事件的预测价值。方法:用双抗体夹心ELISA法检测126例行介入治疗的冠心病患者血浆IL-10、TNF-α和TNF-α/IL-10水平,按TNF-α/IL-10水平将患者分为,高TNF-α/IL-10组(TNF-α/IL-10≥4.1)和低TNF-α/IL-10组(TNF-α/IL-10<4.1),随访12个月,观察两组在心血管事件(猝死、心肌梗死、再狭窄、再次血管重建)的差别。结果:在12个月的随访中,发生非致死性心血管事件21例和心血管原因导致的死亡6例。高TNF-α/IL-10组患者心血管事件发生率明显高于低TNF-α/IL-10组(P<0.05);经过Logistic回归分析,PCI后TNF-α/IL-10比值(RR=3.872,95%CI=2.765～8.314,P=0.033)和糖尿病(RR=1.556,95%CI=1.332～2.217,P=0.043)对晚期心血管事件具有独立预测价值。结论:冠心病患者体内存在的促炎和抗炎机制的平衡失调,加速冠心病的进展,TNF-α/IL-10可作为冠心病介入治疗后远期心血管事件发生较强的预测指标。

关键词：冠状动脉疾病白细胞介素-10 肿瘤坏死因子α 心血管事件经皮冠脉介入

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刍议矿山重金属污染土壤化学修复技术

低碳世界 2024年第2期14卷 28-30页

作者：张雷雨广州机械设计研究所广东广州510600

矿产资源的大量开采,对当地自然环境造成较大破坏,土壤在矿产开采、运输、冶炼过程中会受到严重的污染,污染物质随着水源以及风力扩散至空气中,致使当地出现不同程度的空气污染和水源污染等问题。随着大众环保意识的逐渐增强,矿山重金... 详细信息

矿产资源的大量开采,对当地自然环境造成较大破坏,土壤在矿产开采、运输、冶炼过程中会受到严重的污染,污染物质随着水源以及风力扩散至空气中,致使当地出现不同程度的空气污染和水源污染等问题。随着大众环保意识的逐渐增强,矿山重金属污染土壤的化学修复技术得到大众的广泛关注。主要阐述重金属污染土壤的危害,分析污染的主要来源和特征,并介绍各种化学修复技术,以供相关人士参考。

关键词：矿山重金属化学修复

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手部外骨骼运动相容性设计综述

上海交通大学学报 2018年第6期52卷 729-742页

作者：李剑锋张兆晶张雷雨陶春静季润范金红北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 国家康复辅具研究中心北京100176

以人机运动相容性为关注点,对手部外骨骼设计的研究现状进行分析与综述.首先,结合人手解剖学结构与关节运动学属性的分析,简要介绍手部的主要运动学参考模型.其次,根据实现人机运动相容性的设计方法,将手部外骨骼归纳为人机关节轴线对... 详细信息

以人机运动相容性为关注点,对手部外骨骼设计的研究现状进行分析与综述.首先,结合人手解剖学结构与关节运动学属性的分析,简要介绍手部的主要运动学参考模型.其次,根据实现人机运动相容性的设计方法,将手部外骨骼归纳为人机关节轴线对齐、关节轴线自适应和柔顺性结构手套等3种主要类型,并扼要分析典型手部外骨骼的设计特点.最后,结合人机穿戴偏差、个体体征差异和人机关节运动属性差异等对人机运动相容性的影响,对手部外骨骼设计需要考虑的问题和后续研究进行了分析与论述.

关键词：手部外骨骼手运动学模型运动相容性设计方法

微合金元素Cu及等温温度对低碳硅锰钢氢扩散行为的影响

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表面技术 2020年第8期49卷 45-54页

作者：陈连生张雷雨杨子旋田亚强仓盛华北理工大学教育部现代冶金技术重点实验室河北唐山063210 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211

目的探究微合金及热处理工艺对氢扩散的影响。方法设计含0.4%Cu及未含Cu的两种低合金钢,采用两相区保温-淬火-配分(IQ&P)热处理工艺获得280、400℃等温温度的试验钢,通过SEM、EBSD、电化学氢渗透等方法分析其氢扩散行为。结果对于无Cu钢... 详细信息

目的探究微合金及热处理工艺对氢扩散的影响。方法设计含0.4%Cu及未含Cu的两种低合金钢,采用两相区保温-淬火-配分(IQ&P)热处理工艺获得280、400℃等温温度的试验钢,通过SEM、EBSD、电化学氢渗透等方法分析其氢扩散行为。结果对于无Cu钢,当等温温度为280℃时,大角度晶界占比55%,残余奥氏体(RA)体积分数约为0.02%,氢扩散系数约为1.82×10^−7 cm^2/s;当等温温度为400℃时,大角度晶界占比51%,RA体积分数约为0.35%,氢扩散系数约为1.30×10^−7 cm^2/s。对于含0.4%Cu的低合金钢,等温温度为280℃时,大角度晶界占比46%,RA体积分数约为0.15%,氢扩散系数约为2.70×10^−7 cm^2/s;贝氏体区等温温度为400℃时,大角度晶界占比33%,RA体积分数约为3.00%,氢扩散系数约为0.40×10^−7 cm^2/s。结论微合金元素Cu的添加,导致晶粒度的细化,大角度晶界占比更低,RA含量更高,从而其氢扩散系数更低,不利于氢扩散行为的发生。当等温温度由280℃升到400℃时,虽然会导致晶粒粗化,但大角度晶界占比更低,且RA含量更高,同样会降低其氢扩散系数,不利于氢扩散行为的发生。由此可知,含0.4%Cu、等温温度为400℃时,IQ&P钢的氢扩散能力最差。

关键词： IQ&P 残余奥氏体氢氢陷阱氢扩散系数低碳硅锰钢 Cu