广东工业大学詹振宇获国家专利权
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龙图腾网获悉广东工业大学申请的专利一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119734261B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-22发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411827492.1,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法是由詹振宇;邢邓鸿;张戈猛;刘勇华;鲁仁全;苏春翌设计研发完成,并于2024-12-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法在说明书摘要公布了:本发明属于机械臂控制算法技术领域,尤其涉及一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法,包括:基于障碍函数,重新设计能量罐状态的更新率,以补偿力位混合控制的不足,且确保能量罐能够根据阻抗参数和零空间投影的变化来调整系统无源性。并且在分层解耦模型的基础上,设计自适应力位混合控制器,并确保闭环系统的无源性,通过根据机器人系统的实时状态,动态优化力和位置控制的精度,从而在执行独立操作任务时满足高精度要求,在人机交互或接触面意外中断时增强柔顺性,确保交互安全及适应性,以及通过利用机器人的冗余自由度来执行次优先级任务,从而增强其操作的灵活性和适应性。
本发明授权一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于能量罐的自适应力位混合控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1通过关节传感器获得机器人机械臂的关节角度位置信息、关节角速度信息、机械臂末端姿态信息; 步骤2根据获取的传感器信息建立机械臂的动力学模型; 步骤3定义任务空间速度坐标,并计算出动力学模型中雅可比矩阵的零空间基矩阵根据定义的任务空间速度坐标以及零空间基矩阵将机械臂动力学模型扩展为机械臂分层控制模型; 步骤4基于障碍函数设计能量罐,设定能量罐状态更新率、变刚度参数和自适应量,能量罐的储能函数如下: 最高优先级任务控制器互联的能量罐状态更新率被重新设计为: 其中,是为了满足变刚度的目的,Ffrc是为了满足力控的精度待设计的控制器,β1是一个常数,Kt1的变化规则如下: Kt1=diag[RT,RT]eeKdiag[R,R]#32 式中矩阵R是从基坐标系到末端坐标系的旋转矩阵, 是在末端坐标下期望的刚度,ρ是根据机器人状态变化的自适应量为: 其中,是末端坐标系下z轴方向的误差,d_max和d_min分布是允许的误差最大值和最小值,eeffrc表示末端坐标系下的力控制器,eefd表示末端坐标系下的期望力,eefext,z表示在末端坐标下力的大小,Ffrc为: Ffrc=[R,03×3]T[0,0,ρeeffrc]T#34; 其中,eeffrc为: 公式中, 在次优先级任务中,为了使能量罐中监测高优先级任务对低优先级任务的无源性影响,能量罐的状态更新率设计为: 其中,是能量罐设定的最低能量阈值,低于这个能量阈值,能量罐就不能为机械臂的变刚度行为提供能量,σ∈[0,1]是调节能量罐的阻尼项从机械臂系统提取能量效率的参数,βi0是一个常数,代表能量罐储能的上界,为实际空间速度与目标空间坐标速度的差值; ωi是机械臂的变刚度策略,式中Kic为固定刚度,kit为可变刚度,ωi中的作用是消除高优先级任务对低优先级任务造成的无源性方面的影响,的作用是引入可变阻抗参数的特性; 步骤5在分层控制模型的基础上,通过能量罐设计机器人控制器,使机器人在保证力控与位置控制精度的同时具有柔顺性; 步骤6通过传感器获得的末端姿态信息和期望末端姿态信息计算出姿态误差,根据误差与分层变阻抗控制模型计算出各个任务所需的控制力矩,输入到机械臂实现对机械臂的控制。
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