广东工业大学黄杨程获国家专利权
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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动态编解码的水下机器人编队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:CN119847193B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-23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:202510027828.4,技术领域涉及:G05D1/485;该发明授权一种基于动态编解码的水下机器人编队控制方法是由黄杨程;李军毅;鲁仁全;徐雍;叶燕燕;刘畅;程子欢设计研发完成,并于2025-01-08向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于动态编解码的水下机器人编队控制方法在说明书摘要公布了:一种基于动态编解码的水下机器人编队控制方法,包括如下步骤:S100、构建基于领导者机器人和跟随者机器人架构的多水下机器人系统;S200、基于混合IVYA‑FA优化算法进行比特率分配;S300、基于误差信息动态量化的编解码策略;S400、有限时域编队控制策略,结合步骤S200中的比特率分配机制和步骤S300中的动态编解码策略设计跟随者水下机器人的有限时域编队控制器,通过LMI工具箱求解提出的线性矩阵不等式条件来获得有限时域编队控制器增益;S500、实现多水下机器人系统的编队控制。本发明与现有方法相比,可以有效提高机器人对有限信道资源的最优利用和减小量化饱和现象带来的饱和误差问题,提高系统的稳定性和鲁棒性。
本发明授权一种基于动态编解码的水下机器人编队控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于动态编解码的水下机器人编队控制方法,其特征在于,包括如下步骤: S100、构建基于领导者机器人和跟随者机器人架构的多水下机器人系统,一个领导者与多个跟随着机器人通过水下通信网络交互,领导者发出信息,跟随者接受领导者信息,跟随者之间相互收发信息; S200、基于混合IVYA-FA优化算法进行比特率分配,根据水下数字通信网络的特性,引入比特率的形式刻画水下网络带宽;根据不同水下机器人的通信需求量,基于分配型MAC协议对每个水下机器人进行比特率分配,通过混合IVYA-FA优化算法的比特率分配机制进行分配; S300、基于误差信息动态量化的编解码策略,跟随者水下机器人通过姿态传感器预估自身状态信息,将其整合为一个估计状态向量,并将估计状态向量进行量化;动态量化器通过动态调整参数来实现对水下机器人传输数据的动态量化;由处理器将估计状态向量和动态调整参数合成为数据包,通过水声传感器发送到通信网络中; S400、有限时域编队控制策略,结合步骤S200中的比特率分配机制和步骤S300中的动态编解码策略设计跟随者水下机器人的有限时域编队控制器,通过LMI工具箱求解提出的线性矩阵不等式条件来获得有限时域编队控制器增益; 步骤S400中, 设计跟随者水下机器人的有限时域编队控制器为下面形式:; 其中,为第个跟随者水下机器人的控制增益,为跟随者水下机器人与跟随者水下机器人之间的连接权值;为领导者与跟随者水下机器人之间的连接权值; 另外,多水下机器人系统的跟随层子系统的通信拓扑由一个对称且不可约的矩阵描述,如下所示:; 如果跟随者水下机器人和之间存在耦合关系,则存在;不存在耦合关系的话,则有; 为求解得到跟随者水下机器人的有限时域编队控制器最优增益,通过LMI工具箱来求解一个优化问题,从而获得有限时域编队控制器增益; 具体步骤如下: 1定义矩阵变量,通过使用lmivar函数分别定义变量、、、变量矩阵和正定变量矩阵和; 2构建LMI约束条件,根据系统参数,构建下面不等式条件:; 其中,,,为单位矩阵,、和分别代表跟随者与领导者初始状态差值向量内积的平方、外界干扰向量内积的平方和解码误差向量内积的平方; 3设置优化目标,优化目标为:; 4求解LMI优化问题,通过LMI工具箱提供的求解器求解得到最优矩阵,最后,通过下式计算:; 得到有限时域编队控制器的增益; S500、实现多水下机器人系统的编队控制,基于步骤S400求解获得的有限时域编队控制增益设计每个跟随者水下机器人的控制器,根据步骤S300动态编解码过程获得的系统状态信息,计算得到水下机器人下一运动时刻的控制输入,传输至水下机器人的执行器中,实现多水下机器人系统有限时域内的编队控制。
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