广东工业大学左凰获国家专利权
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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兼容冲突信号的机械臂软硬约束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:CN120735024B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-10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:202511020971.7,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权一种基于兼容冲突信号的机械臂软硬约束控制方法是由左凰;张杰;刘勇华;林明;鲁仁全;苏春翌设计研发完成,并于2025-07-24向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于兼容冲突信号的机械臂软硬约束控制方法在说明书摘要公布了:本发明属于机器人控制技术领域,具体涉及一种基于兼容冲突信号的机械臂软硬约束控制方法,包括以下步骤:步骤1:机械臂的关节信息采集:步骤2:机械臂的动力学建模和软硬约束建模;步骤3:根据软硬约束边界生成兼容冲突信号,动态识别约束之间的执行关系;步骤4:基于兼容冲突信号,设定松弛修正裕度,以及相应的磨光修正参数;步骤5:给出机械臂的规划输出可行域,利用兼容冲突信号和障碍函数设计高增益控制器;步骤6:构造二次型Lyapunov函数,利用Lyapunov稳定理论,分析闭环系统的稳定性。本发明以实现低复杂度、高鲁棒性的多约束控制,为复杂工业应用中的机械臂系统提供更可靠的控制保障。
本发明授权一种基于兼容冲突信号的机械臂软硬约束控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于兼容冲突信号的机械臂软硬约束控制方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:机械臂的关节信息采集: 通过关节传感器获得机器人机械臂的关节角度信息、关节角速度信息; 步骤2:机械臂的动力学建模和软硬约束建模; 所述步骤2中,机械臂的动力学建模和软硬约束建模具体如下: 建立多自由度机械臂的关节动力学方程,形式如下: ; 其中,表示关节角度向量,也是输出向量,为输出向量的第个分量,表示第个关节的角度;和分别为关节角速度和角加速度向量;为关节的状态向量;为对称正定机械臂惯量矩阵;为科氏力与离心力矩阵;为重力项向量;为关节输入力矩; 针对机械臂的各个关节角度,引入如下的软硬约束模型: 作为安全约束的硬约束:关节角度满足; 作为性能约束的软约束:关节跟踪误差满足; 记;其中是参考轨迹,和分别是软约束和硬约束边界,由机械臂任务需求或环境约束设定,具有明确的物理意义与执行优先级,后续将基于此构造兼容冲突信号; 为完成控制器的设计,引入如下技术原理; 引理1:惯性矩阵满足: ; 其中,和为正常数; 引理2:惯量矩阵和科氏与离心力矩阵满足是反对称的,即: ; 基于多自由度机械臂的动力学模型和约束模型,控制目标为: 针对多自由度机械臂系统1.1,在未知系统模型信息的条件下,设计一个低复杂度的状态反馈控制律,使每个关节角度全局满足硬约束,同时使关节跟踪误差在不违反硬约束的前提下尽可能满足软约束,并确保闭环系统所有信号一致有界; 为完成控制目标,需作如下假设: 假设1:参考轨迹和约束边界及的一阶导数均连续且有界; 假设2:存在正常数和使得软硬约束边界分别满足和; 假设3:软硬约束在初始时刻兼容,并且关节角度向量在初始时刻同时满足软约束和硬约束; 步骤3:根据软硬约束边界生成兼容冲突信号,动态识别约束之间的执行关系; 步骤4:基于兼容冲突信号,设定松弛修正裕度,以及相应的磨光修正参数; 步骤5:给出机械臂的规划输出可行域,利用兼容冲突信号和障碍函数设计高增益控制器; 步骤6:构造二次型Lyapunov函数,利用Lyapunov稳定理论,分析闭环系统的稳定性。
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