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McKibben型气动人工肌肉研究进展与趋势

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计算机集成制造系统 2018年第5期24卷 1065-1080页

作者：谢胜龙梅江平刘海涛天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

鉴于气动人工肌肉固有的结构特点导致其在运动过程中产生迟滞和蠕变等非线性现象,给其精确控制带来了极大的困难,而现有的气动人工肌肉的迟滞理论建模和控制策略尚存在诸多缺陷,阐述了气动人工肌肉运动过程中产生的一系列非线性现象及... 详细信息

鉴于气动人工肌肉固有的结构特点导致其在运动过程中产生迟滞和蠕变等非线性现象,给其精确控制带来了极大的困难,而现有的气动人工肌肉的迟滞理论建模和控制策略尚存在诸多缺陷,阐述了气动人工肌肉运动过程中产生的一系列非线性现象及其原因,从气动人工肌肉静/动态特性建模、迟滞特性建模及控制策略等方面综述和分析其现有研究进展与成果。根据气动人工肌肉结构、迟滞建模和控制策略的发展趋势,给出了气动人工肌肉需要深入研究的方向和解决这些关键问题的途径。

关键词：气动人工肌肉研究进展研究趋势迟滞现象控制策略建模

足底驱动型下肢康复机器人的运动学建模与轨迹跟踪控制研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2018年第5期51卷 443-452页

作者：谢胜龙梅江平刘海涛天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

为简单、精确地实现对一种由高速开关阀和气动人工肌肉作为驱动控制单元的足底驱动型下肢康复机器人的轨迹跟踪控制,提出了一种基于MATLAB/Simulink的仿真控制模型.基于模块化思想,将该机器人控制系统划分为系统输入模块、位置逆解模块... 详细信息

为简单、精确地实现对一种由高速开关阀和气动人工肌肉作为驱动控制单元的足底驱动型下肢康复机器人的轨迹跟踪控制,提出了一种基于MATLAB/Simulink的仿真控制模型.基于模块化思想,将该机器人控制系统划分为系统输入模块、位置逆解模块、单支链驱动控制模块和位置正解模块.首先对该机器人进行结构分析,在此基础上推导出其运动学正逆解模型,为位置正逆解模块提供理论依据.然后,建立人体下肢运动学模型,带入关节角度数据得到足底运动轨迹,在此基础上用傅里叶级数拟合得到足心和背伸/跖屈角对时间的函数表达式,作为系统的输入模块.最后,采用关节空间控制方法结合各子模块构造出下肢康复机器人控制仿真模型,特别地,采用了实验的方法验证了单支链驱动控制模块的准确性.在此基础上,在MATLAB/Simulink模块中对所建立的系统仿真控制模型进行了仿真.结果表明,所建立的控制模型能够精确地跟踪期望的运动轨迹,从而验证了控制模型和控制方案的精确性和可行性,为实现该机器人的轨迹跟踪控制提供了有效手段.

关键词：足底驱动下肢康复机器人高速开关阀气动人工肌肉轨迹跟踪关节空间控制

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少齿差星轮型减速器的弹性静力学分析

农业工程学报 2013年第24期29卷 49-55页

作者：张俊谢胜龙徐培民童宝宏安徽工业大学机械工程学院马鞍山243032

针对目前少齿差星轮型减速器在机械应用中行星轴承易烧毁的现象,对其进行力学分析以寻求解决的途径。综合考虑内啮合齿轮副、行星轴承的变形以及各轴的扭转变形,构造少齿差星轮型减速器的变形协调条件,并采用子结构法建立该类传动系统... 详细信息

针对目前少齿差星轮型减速器在机械应用中行星轴承易烧毁的现象,对其进行力学分析以寻求解决的途径。综合考虑内啮合齿轮副、行星轴承的变形以及各轴的扭转变形,构造少齿差星轮型减速器的变形协调条件,并采用子结构法建立该类传动系统的弹性静力学模型。通过求解系统的弹性静力学方程,获得系统各环节的受力,并给出了一个运动周期内两相机构的齿轮啮合力、行星轴承力和各曲轴扭矩的变化规律。弹性静力学仿真表明,少齿差星轮型减速器两相机构各环节的受力均呈周期性变化,且二者的变化规律基本相同,仅存在180相位差。两相机构中齿轮副的啮合较为平稳,其啮合力在一个运动周期内仅存在微小波动;但行星轴承的载荷状况较为恶劣,其中星轮轴行星轴承的载荷波动较大,而输入轴行星轴承的载荷幅值较大,这恰与星轮型减速器应用中行星轴承易烧蚀的现象相吻合。该研究可为少齿差星轮型减速器的强度设计和结构优化提供准确的力学依据。

关键词：静力学分析模型变形少齿差星轮型减速器

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双目结构光视觉引导的螺栓自动装配系统设计

计算机集成制造系统 2024年第9期30卷 3061-3070页

作者：张良安李鹏飞谢胜龙安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243000 中国计量大学机电工程学院浙江杭州310000 安徽省工业互联网智能应用与安全工程实验室安徽马鞍山243023

为解决螺栓自动化装配过程中存在的零件位姿快速获取和在弱纹理、反光等复杂场景中实现精确定位等难题,基于双目结构光视觉原理,研制了一套螺栓自动装配系统。首先,通过双目结构光视觉系统获取工件场景的三维信息,涉及光栅条纹图案的获... 详细信息

为解决螺栓自动化装配过程中存在的零件位姿快速获取和在弱纹理、反光等复杂场景中实现精确定位等难题,基于双目结构光视觉原理,研制了一套螺栓自动装配系统。首先,通过双目结构光视觉系统获取工件场景的三维信息,涉及光栅条纹图案的获取、双目标定、多频外差法求解绝对相位、相位校正、极线校正、立体匹配,接着采用欧式聚类对重建的点云数据进行分割,获取单个螺栓的三维点云聚类,然后利用迭代最近点(ICP)算法估计模板点云到目标点云的位姿变换矩阵,识别连接螺栓在空间中的位姿,最后结合机械臂末端进行自动装配拧紧。实验结果表明,整个装配过程可自动完成,单个螺栓拧紧装配时间约为10 s,系统测试平均轴孔对中误差不超过1.20 mm,误差标准差不超过0.11 mm。

关键词：自动装配机器视觉双目结构光 ICP算法多频外差法

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气动肌肉肘关节MPI迟滞模型与补偿控制

农业机械学报 2019年第6期50卷 412-418页

作者：王斌锐芦韩靳明涛谢胜龙中国计量大学机电工程学院

针对气动肌肉驱动的四连杆肘关节输入气压与输出角度间的迟滞进行分析。建立肘关节迟滞的 Prandtl Ishlinskii(PI)模型,采用Levenberg-Marquardt方法辨识模型参数;选择改进Play算子合适的包络函数,设计一种可描述非对称迟滞现象的改进PI... 详细信息

针对气动肌肉驱动的四连杆肘关节输入气压与输出角度间的迟滞进行分析。建立肘关节迟滞的 Prandtl Ishlinskii(PI)模型,采用Levenberg-Marquardt方法辨识模型参数;选择改进Play算子合适的包络函数,设计一种可描述非对称迟滞现象的改进PI(Modified PI, MPI)模型,相较于传统PI模型(Classical-PI, CPI),MPI模型对非对称迟滞曲线拟合度更高。基于MPI模型,设计前馈积分逆补偿器,并与PID组成积分逆补偿控制器(MPI-I-I-PID);完成了MPI-I-I-PID、PID与基于CPI模型的积分逆补偿PID控制器(CPI-I-I-PID)的位置控制仿真。仿真结果表明,MPI-I-I-PID可以减小跟踪误差,提高跟踪精度。在不同负载下进行了控制实验,实验结果表明,随着负载增加,补偿效果减弱,为此在补偿器中加入分段PID,MPI-I-I-pPID可减小抖动幅度,降低肘关节跟踪误差,提高位置控制精度和稳定性,验证了迟滞补偿器的有效性。

关键词：气动肌肉 CPI模型 MPI模型迟滞补偿控制

基于机器视觉与深度学习的飞机防护栅裂纹检测系统

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兵工学报 2023年第2期44卷 507-516页

作者：张良安陈洋谢胜龙刘同鑫安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243000 安徽省工业互联网智能应用与安全工程实验室安徽马鞍山243023 中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

针对传统飞机防护栅裂纹检测中存在的效率低、可靠性差等问题,基于机器视觉技术设计一种飞机防护栅裂纹检测装置,并结合图像处理技术与深度学习原理提出一种飞机防护栅裂纹检测算法。设计飞机防护栅裂纹检测系统,研究防护栅裂纹图像识... 详细信息

针对传统飞机防护栅裂纹检测中存在的效率低、可靠性差等问题,基于机器视觉技术设计一种飞机防护栅裂纹检测装置,并结合图像处理技术与深度学习原理提出一种飞机防护栅裂纹检测算法。设计飞机防护栅裂纹检测系统,研究防护栅裂纹图像识别算法。采集并整理飞机防护栅裂缝图像,研究并制作飞机防护栅裂纹检测数据集;分别以ZF-Net、VGG-16和ResNet-101卷积神经网络作为Faster-RCNN特征提取网络,开展飞机防护栅表面裂纹和缺陷裂纹检测研究。实验结果表明:3种模型均达到了良好的检测精度,其检测精度分别为92.79%、95.12%和97.54%,其中ResNet-101网络检测效果最好,相比于现有的防护栅裂纹机器视觉检测方法,漏检率和虚警率分别下降了22.54%和89.28%,检出率提高了22.54%;ResNet-101网络在不同光照条件下仍有较高的检测精度,检测装置和检测算法有效,可为飞机防护栅的检测提供了新方法。

关键词：飞机防护栅裂纹检测机器视觉深度学习卷积神经网络

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基于Prandtl-Ishlinskii模型的气动肌肉迟滞特性动态建模与控制方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 452-458页

作者：段慧茹谢胜龙万延见陈迪剑中国计量大学浙江省智能制造质量大数据溯源与应用重点实验室杭州310018

现有迟滞模型由于采用离线参数辨识方法,难以表征气动肌肉迟滞的时变性和负载相关性,极易产生较大的建模误差。为了精确表征气动肌肉的迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述气动肌肉的位移-气压迟滞特性,并采用带遗忘因子的递... 详细信息

现有迟滞模型由于采用离线参数辨识方法,难以表征气动肌肉迟滞的时变性和负载相关性,极易产生较大的建模误差。为了精确表征气动肌肉的迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述气动肌肉的位移-气压迟滞特性,并采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识PI模型参数。在此基础上,结合PI逆模型设计了一种带有前馈在线补偿的复合控制方法用于气动肌肉的运动控制。同时搭建相应的实验装置进行了气动肌肉迟滞建模和运动控制实验。实验结果表明,采用在线参数辨识方法后的PI模型能有效描述气动肌肉迟滞的负载相关性,且极大地降低了负载变化带来的控制误差。

关键词：气动肌肉迟滞补偿 Prandtl-Ishlinskii模型在线辨识

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基于高速开关阀的气动人工肌肉轨迹跟踪控制仿真

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农业机械学报 2017年第1期48卷 368-374,385页

作者：谢胜龙刘海涛梅江平王攀峰天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

针对基于高速开关阀的气动人工肌肉位置伺服控制系统的非线性与时变性,设计了基于气动人工肌肉实验模型的PID反馈控制器,实现气动人工肌肉的高精度运动轨迹跟踪控制。首先,通过实验建模得到气动人工肌肉静态特性的实验模型,然后基于理... 详细信息

针对基于高速开关阀的气动人工肌肉位置伺服控制系统的非线性与时变性,设计了基于气动人工肌肉实验模型的PID反馈控制器,实现气动人工肌肉的高精度运动轨迹跟踪控制。首先,通过实验建模得到气动人工肌肉静态特性的实验模型,然后基于理想气体多变方程,建立可有效描述气动人工肌肉动态特性的数学模型,利用Sanville流量公式建立流经高速开关阀阀口的气体流量方程,并采用脉冲信号调制法生成PWM信号,进而控制高速开关阀占空比。在此基础上,借助PID反馈控制器建立气动人工肌肉气压与轨迹跟踪的控制模型,并采用Simulink对所提出的气压和轨迹跟踪控制方法进行数值仿真。结果表明,所建立的控制模型能够精确地跟踪期望气压和运动轨迹,从而验证了控制模型和控制方案的精确性和可行性,为实现气动人工肌肉高精度轨迹跟踪控制提供了有效手段。

关键词：开关阀气动人工肌肉轨迹跟踪反馈控制

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基于KP模型的气动肌肉迟滞建模方法

中国机械工程 2020年第10期31卷 1183-1189页

作者：谢胜龙李铁风王斌锐陈迪剑中国计量大学机电工程学院杭州310018 浙江大学工程力学系杭州310027

为了辨识气动肌肉运动过程中的迟滞非线性特性,在气动肌肉位移/气压迟滞特性实验的基础上,分别采用KP模型和多项式模型对其位移/气压迟滞展开了建模研究,并采用递推最小二乘法分别对两种模型中的未知参数进行了辨识,研究不同算子个数和... 详细信息

为了辨识气动肌肉运动过程中的迟滞非线性特性,在气动肌肉位移/气压迟滞特性实验的基础上,分别采用KP模型和多项式模型对其位移/气压迟滞展开了建模研究,并采用递推最小二乘法分别对两种模型中的未知参数进行了辨识,研究不同算子个数和多项式次数对模型建模精度的影响。参数辨识结果发现,KP模型拟合精度明显优于多项式模型,随着算子个数的增加,KP模型的精度显著提高,多项式模型的建模精度也随着多项式次数的增加而提高。

关键词：气动肌肉迟滞建模 Krasnosel’skii-Pokrovskii(KP)模型多项式模型参数辨识