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床式下肢康复训练机器人结构研究

床式下肢康复训练机器人结构研究

作者：范泽峰苏州大学

学位级别：硕士

当前随着社会的发展,人口结构的老龄化趋势逐渐加重,老龄化逐渐成为一个社会化的问题。老年人容易罹患心血管疾病和神经系统疾病,这类患者多伴有偏瘫症状和下肢运动障碍。早期的手术治疗和药物治疗固然重要,但后期的下肢康复训练对于下... 详细信息

当前随着社会的发展,人口结构的老龄化趋势逐渐加重,老龄化逐渐成为一个社会化的问题。老年人容易罹患心血管疾病和神经系统疾病,这类患者多伴有偏瘫症状和下肢运动障碍。早期的手术治疗和药物治疗固然重要,但后期的下肢康复训练对于下肢运动能力的恢复更为重要。下肢康复训练机器人的研究,对于节约人工成本,提高下肢康复训练效果具有重要意义。然而,现有的下肢康复训练机器人还存在着一些问题,一些结构简单的下肢康复训练机器人,功能单一,康复效果受限;另一些结构复杂的下肢康复训练机器人,造价昂贵,控制系统复杂,缺乏经济性。为实现结构简单,控制方便的目的,本课题研制了一种床式下肢康复训练机器人。首先,本文针对下肢康复训练机器人,了解分析了国内外现有下肢康复训练机器人,并对人体行走下肢运动机理和人体行走时下肢关节运动学关系进行研究,再基于人体行走下肢关节角度数据和人体行走下肢关节运动学关系对下肢康复训练机器人机械结构的拟人化设计。然后,本文在下肢康复训练机器人机构设计与运动学建模和基于关节轨迹与映射关系的康复训练机构结构参数优化两方面对机器人进行深入分析。下肢康复训练机器人机构设计与运动学建模方面,通过构型分析,设计了一种多连杆结构。建立康复训练床体的上升、翻转机构的运动学动力学模型,分析了床体的运动关系和承载能力。还建立了多连杆下肢康复训练器的运动学模型,分析得到多连杆下肢康复训练器的左右髋、膝关节角度。下肢多连杆康复训练器结构参数优化方面,分析了结构参数对关节轨迹与映射关系的影响,建立了基于关节轨迹与映射关系复现性的机构评价指标研究,最后对机器人的结构参数进行了优化分析,确定了一组最优的结构参数。建立了多连杆下肢康复训练器的动力学模型,分析了训练机构所需要的关节转矩,为同步带轮、同步带选型,电机和直角减速器的选型提供依据。最后,本文建立了实验系统,对机器人样机的系统性能进行测试,包括床体的上升高度范围,床体的翻转角度范围,多连杆下肢康复训练器的关节角度,这些指标进行了实验测定。实验证明,所设计的机器人是可行的,满足最初的设计指标和实际康复训练需求。本文研制的床式下肢康复训练机器人,具有重力负载可调的康复训练床体,以及多连杆下肢康复训练器。康复床体由两个线性致动器驱动,使上床体能够水平上升或下降一定高度、能够由水平到竖直任意角度翻转。左右多连杆下肢康复训练机构仅由一个电机驱动,能够模拟人体的正常步态运动。该机器人具有结构简单、控制方便,经济性好等优点。

关键词：下肢康复训练机构分析多连杆机构关节轨迹关系参数优化

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澹澹穆穆,大美无言——巧解石瓢的平衡之美

陶瓷 2020年第9期 87-88页

作者：范泽峰宜兴爱宜艺术陶瓷有限公司江苏宜兴214221

笔者创作的石瓢壶是传统的紫砂经典器型,貌似简单却充满敦实劲厚的人文气息,它的美感主要在于力透砂背,以瓢身线面构成了莱洛圆弧三角,在壶体、壶嘴、壶把与壶钮之间,达到了结构与气韵的和谐美感。

关键词：石瓢石瓢壶三维结构

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右美托咪定在立体定向手术中的临床应用进展

立体定向和功能性神经外科杂志 2022年第3期35卷 188-192页

作者：范泽峰康芳安徽医科大学研究生学院合肥230001 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)麻醉科

右美托咪定(dexmedetomidine, DEX)作为一种高选择性的α2肾上腺素受体激动剂,在产生镇静作用的同时不抑制患者的呼吸,其镇静过程类似于自然睡眠,具有可唤醒性。立体定向手术大多需要框架系统辅助定位,手术涉及重要脑功能区,需要进行电... 详细信息

右美托咪定(dexmedetomidine, DEX)作为一种高选择性的α2肾上腺素受体激动剂,在产生镇静作用的同时不抑制患者的呼吸,其镇静过程类似于自然睡眠,具有可唤醒性。立体定向手术大多需要框架系统辅助定位,手术涉及重要脑功能区,需要进行电生理功能监测及患者的配合。目前研究表明低剂量的DEX在产生有效镇静的同时不会干扰电生理监测,并且可以在需要的时候将其唤醒,适用于立体定向下的脑功能区手术及唤醒麻醉。文章围绕DEX的作用机制以及其在立体定向手术中的应用及优势展开综述,为优化立体定向手术的麻醉管理提供依据。

关键词：右美托咪定立体定向手术麻醉

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明末文人社交圈里的茶器哲学

陶瓷 2020年第11期 57-60页

作者：范泽峰宜兴爱宜艺术陶瓷有限公司江苏宜兴214221

紫砂兴起在正德年间,期间经过一些列的使用和发展历程,紫砂在晚明时期已经成为江浙文人圈喜欢使用的茶器。笔者娓娓道来紫砂在明末时期的使用过程,最终认为茶器之美除功能之外,也重在其由形到意的拙味。

关键词：明末社交圈茶器哲学

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多连杆式下肢康复训练机器人结构优化与仿真

机械传动 2015年第11期39卷 67-71页

作者：范泽峰李娟李伟达孙立宁苏州大学机电工程学院江苏省机器人技术与系统重点实验室江苏苏州215000

为实现节约人工成本,提高下肢康复训练效果的目的,提出了一种新型多连杆式下肢康复训练机器人。基于人体行走生物力学和人体行走的关节轨迹映射关系的研究,提出一种新型多连杆式下肢康复训练机器人,并对机器人进行了运动学建模与分析,... 详细信息

为实现节约人工成本,提高下肢康复训练效果的目的,提出了一种新型多连杆式下肢康复训练机器人。基于人体行走生物力学和人体行走的关节轨迹映射关系的研究,提出一种新型多连杆式下肢康复训练机器人,并对机器人进行了运动学建模与分析,求解了机器人的髋、膝关节角度曲线。同时,分析了关键结构参数对关节轨迹与下肢关节映射关系的影响,建立了关节轨迹与映射关系的复现性的机构评价指标,利用MATLAB软件对多连杆下肢训练机构的结构参数进行了优化,并依据分析结果对机器人结构参数进行了修正。

关键词：康复训练机器人多连杆机构运动学建模参数优化

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地空频率域电磁法阻抗匹配发射方法研究

地空频率域电磁法阻抗匹配发射方法研究

作者：孟范泽吉林大学

学位级别：硕士

随着人们对于周围环境的开发和认识,需要适用于大范围复杂地形浅层精细化勘探的有效方法。地空频率域电磁法可以在复杂地形进行快速勘探,但中高频段的负载阻抗限制了浅层勘探效果。因此,对发射系统的负载进行阻抗匹配,提升中高频段的发... 详细信息

随着人们对于周围环境的开发和认识,需要适用于大范围复杂地形浅层精细化勘探的有效方法。地空频率域电磁法可以在复杂地形进行快速勘探,但中高频段的负载阻抗限制了浅层勘探效果。因此,对发射系统的负载进行阻抗匹配,提升中高频段的发射电流幅值,对于提升地空频率域电磁法的浅部探测能力具有重要意义。论文以地空频率域电磁法地面发射系统的负载作为主要研究对象,为改善多频发射参数设计和电路结构复杂的问题,为深度聚焦波形设计了宽带谐振阻抗匹配方法,实现了使用一个电容提升深度聚焦波形的多个主要谐波幅度的目的。宽带谐振方法同大多数匹配方法一样,面对发射频率的变化,仍需更换器件。进一步地,为了实现宽频可调的阻抗匹配,设计了基于门极控制串联电容器(Gate Controlled Series Capacitor,GCSC)的宽频可调阻抗匹配方法,解决了现有方法电路结构复杂,匹配范围不足等问题。最后通过仿真实验和实验测试证明了本文设计的阻抗匹配方法的有效性。本文主要工作如下:1.论述了地空频率域电磁法的探测原理及系统构成,并根据本文的研究目标合理地简化了发射系统的负载模型。介绍了地空频率域电磁法的常用发射波形及其特点和适用范围。为阻抗匹配方法设计提供了理论支撑。2.为提升中高频发射电流幅值,改善多频谐振求解复杂的问题,为深度聚焦波形设计了宽带谐振阻抗匹配方法。根据工程实践的经验参数进行了仿真实验,仿真结果表明,宽带谐振方法仅使用一个电容就可以将深度聚焦波形的多个主要谐波幅度提升1.5倍以上,同时,宽带谐振方法具有较好的鲁棒性,在±10%电容误差范围内,方法均有效。3.为应对发射频率的变化,改善现有可调阻抗匹配方法电路结构复杂、调频范围有限的问题,设计了基于GCSC的宽频可调阻抗匹配方法。仿真结果表明,基于GCSC的宽频可调阻抗匹配方法的理论可调频范围为10～11000 Hz,可将发射电流的基波和谐波幅度均提升2.75倍以上,并且在±10%电容误差范围内,仅出现了最大1.58%的匹配误差。4.搭建了发射系统实物样机,对实验样机各部分进行了必要的测试。进而分别对宽带谐振方法和基于GCSC的可调阻抗匹配方法进行了实际验证,进一步验证了本文设计的阻抗匹配方法的可行性。本文设计的阻抗匹配电路,提高了发射机的中高频发射能力,简化了负载阻抗匹配电路结构,为地空频率电磁法针对浅层目标的精细化、高效率勘探提供了新的解决方案。

关键词：地空频率域电磁法阻抗匹配宽带谐振 GCSC

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床式下肢康复训练机器人模糊自适应阻抗控制

机械制造与自动化 2018年第6期47卷 154-157,166页

作者：刘波李艺蔡校蔚范泽峰苏州大学机电工程学院江苏苏州215000

为解决肢体运动障碍患者的康复训练问题,设计了一款床式下肢康复训练机器人,搭建了床式下肢康复训练机器人控制系统。为提高下肢康复训练后期患者主动参与度,提出了模糊自适应阻抗控制方法用于主动训练控制。机器人通过检测与患者之间... 详细信息

为解决肢体运动障碍患者的康复训练问题,设计了一款床式下肢康复训练机器人,搭建了床式下肢康复训练机器人控制系统。为提高下肢康复训练后期患者主动参与度,提出了模糊自适应阻抗控制方法用于主动训练控制。机器人通过检测与患者之间的人机交互作用力,判断患者主动运动意图,并且基于阻抗控制建立力与位置的动态关系。通过接触力测评实验选择不同体位的下肢康复训练方式。通过实验验证了模糊自适应阻抗控制的可行性,可以有效提高使用者的主动参与度。

关键词：康复训练机器人模糊自适应阻抗控制

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帕金森病因素对右美托咪定镇静效力的影响

中华麻醉学杂志 2022年第11期42卷 1285-1288页

作者：范泽峰付邱月刘向杨成伟韩明明李万红李娟康芳安徽医科大学附属省立医院麻醉科合肥230032 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)麻醉科合肥230001 中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)电生理科合肥230001

目的:评价帕金森病因素对右美托咪定镇静效力的影响。方法:择期行非颅内占位性病变的神经外科手术患者,性别不限,年龄45~64岁,ASA分级Ⅱ或Ⅲ级,BMI 18.5~30.0 kg/m^(2)。根据患者是否患有帕金森病将其分为对照组(C组)和帕金森病组(P组)... 详细信息

目的:评价帕金森病因素对右美托咪定镇静效力的影响。方法:择期行非颅内占位性病变的神经外科手术患者,性别不限,年龄45~64岁,ASA分级Ⅱ或Ⅲ级,BMI 18.5~30.0 kg/m^(2)。根据患者是否患有帕金森病将其分为对照组(C组)和帕金森病组(P组)。采用Dixon序贯法进行试验。右美托咪定初始剂量设为0.5μg/kg,根据患者是否意识消失,下一例下调或上调一级浓度,相邻剂量梯度为0.05μg/kg,重复此过程至出现第7个折点(意识未消失转为消失)即结束试验。采用概率单位回归法计算右美托咪定诱导患者意识消失的ED_(50)及其95%可信区间。记录高血压、低血压、心动过缓及恶心呕吐的发生情况。结果:与C组比较,P组右美托咪定诱导患者意识消失的ED_(50)升高(P0.05)。结论:帕金森病因素可降低右美托咪定的镇静效力。

关键词：帕金森病右美托咪啶剂量效应关系,药物镇静

柴油发动机SCR系统滚动时域优化控制方法研究

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柴油发动机SCR系统滚动时域优化控制方法研究

作者：范泽川吉林大学

学位级别：硕士

我国经济的高速发展离不开交通运输行业中流砥柱的作用,然而运输作业时,柴油车排放的大量氮氧化物严重影响了人民的生命健康。使用尿素选择催化还原（Urea Selective Catalytic Reduction,Urea-SCR）技术,通过尿素分解出氨气,还原汽车... 详细信息

我国经济的高速发展离不开交通运输行业中流砥柱的作用,然而运输作业时,柴油车排放的大量氮氧化物严重影响了人民的生命健康。使用尿素选择催化还原（Urea Selective Catalytic Reduction,Urea-SCR）技术,通过尿素分解出氨气,还原汽车尾气中的氮氧化物是目前最有效的处理方法。由于车载SCR系统工作条件复杂、外部干扰量多以及反馈信息受到交叉敏感性的影响等特点,传统的基于MAP的控制方法已经难以满足日益严格的排放法规要求。本文以一款11.2L柴油发动机尿素SCR系统作为研究对象,对氨覆盖率优化跟踪控制策略进行了深入研究,具体研究内容包括:（1）面向降低发动机台架实验成本的需求,在GT-SUITE中建立了基于有限元法的SCR系统仿真模型,并通过与Simulink联和仿真构建了柴油发动机仿真平台。在此基础上,提出基于改进的贝叶斯优化模型参数快速标定方法,通过实测的发动机瞬态循环数据验证了仿真平台的精度。（2）针对准确估计SCR系统内部状态量的需求,提出了机理与数据混合的SCR状态观测器设计方法。首先,通过合理的假设与简化,搭建了三阶离散形式的SCR机理模型,对系统的状态进行估计;其次,建立了基于多样化双储备池回声状态网络的SCR数据驱动模型,通过神经网络的信息提取能力,有效利用下游NOx传感器读数,准确估计系统输出;然后,使用粒子滤波算法,融合SCR机理模型与数据驱动模型信息,得到了更准确的状态估计信息;最后,通过WHTC瞬态循环工况下的仿真验证了观测器的有效性。（3）针对SCR系统的氨覆盖率优化跟踪控制问题,提出了基于滚动时域优化的分层控制方法。首先,以氨覆盖率为控制量,以NOx排放和氨逃逸为代价设计了上层氨覆盖率滚动时域优化算法,得到了系统期望的氨覆盖率;然后,设计了基于反步法的下层氨覆盖率跟踪控制算法,使系统实际的氨覆盖率能够精确跟踪目标值;最后,通过WHTC瞬态循环下的仿真及台架实验,验证了所提方法的有效性。

关键词：柴油发动机滚动时域优化观测器反步法氨覆盖率