中山大学吴颖获国家专利权
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龙图腾网获悉中山大学申请的专利一种仿生多关节系统动态控制方法及相关设备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:CN120326611B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-24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:202510540942.7,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权一种仿生多关节系统动态控制方法及相关设备是由吴颖;成慧;周梓达;刘人铭设计研发完成,并于2025-04-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种仿生多关节系统动态控制方法及相关设备在说明书摘要公布了:本申请公开了一种仿生多关节系统动态控制方法及相关设备,涉及自动控制技术领域,方法包括:结合图神经网络模型获取仿生多关节系统在不同运动任务下的动态特征;根据物理边界对仿生多关节系统建立运动学约束模型;根据角动量守恒定律并结合仿生多关节系统质量分布与翻转目标建立翻转任务的动力学约束模型;利用MPC求解器基于动态特征、仿生多关节系统的实时状态以及翻转任务目标对运动学约束模型和动力学约束模型进行求解,得到期望控制参数;根据期望控制参数动态控制仿生多关节系统。本申请结合图神经网络模型和MPC求解器可充分利用仿生多关节系统动态能力的同时能提高仿生多关节系统对多任务的适应性。
本发明授权一种仿生多关节系统动态控制方法及相关设备在权利要求书中公布了:1.一种仿生多关节系统动态控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: 结合图神经网络模型获取仿生多关节系统在不同运动任务下的动态特征; 根据物理边界对所述仿生多关节系统建立运动学约束模型; 根据角动量守恒定律并结合所述仿生多关节系统质量分布与翻转目标建立翻转任务的动力学约束模型; 利用MPC求解器基于所述动态特征、所述仿生多关节系统的实时状态以及翻转任务目标对所述运动学约束模型和所述动力学约束模型进行求解,得到期望控制参数; 根据所述期望控制参数动态控制所述仿生多关节系统; 所述结合图神经网络模型获取仿生多关节系统在不同运动任务下的动态特征,包括以下步骤: 获取给定数据集和对应的动态参数集;其中,所述给定数据集和所述动态参数集均为关节信息图,所述关节信息图以所述仿生多关节系统的各个关节作为节点,以各个所述关节之间的连接关系的矩阵作为边构建得到,所述节点的点信息包括关节的弯曲角度和旋转角度; 根据所述给定数据集和所述动态参数集训练所述图神经网络模型,并在训练时基于奖励函数最小化所述图神经网络模型,根据所述给定数据集预测得到的动态参数与所述动态参数集之间的差异,以调整所述图神经网络模型的参数; 将所述仿生多关节系统在不同运动任务下的运动数据对应的所述关节信息图输入到训练后的所述图神经网络模型;利用训练后的所述图神经网络模型的各层依次计算并聚合各个所述节点相邻节点的消息;在最后一层之后,利用多层感知器根据最后一层得到的所述消息预测惯性矩参数作为所述动态特征; 所述利用训练后的所述图神经网络模型的各层依次计算并聚合各个所述节点相邻节点的消息,包括以下步骤: 在各层利用消息计算式计算所述消息; 所述消息计算式为: ; 其中,表示所述消息,表示k层计算的所述消息,、表示k-1层聚合后的所述消息;表示所述图神经网络模型的层数,表示当前节点,表示相邻节点,表示各个所述关节之间的所述连接关系的矩阵,表示所述弯曲角度,表示所述旋转角度;表示所述多层感知器; 在各层利用聚合式聚合所述消息; 所述聚合式为: ; 其中,表示k层聚合后的所述消息,表示聚合函数,表示节点的相邻节点集合; 所述利用MPC求解器基于所述动态特征、所述仿生多关节系统的实时状态以及翻转任务目标对所述运动学约束模型和所述动力学约束模型进行求解,得到期望控制参数,包括以下步骤: 基于所述动态特征、所述仿生多关节系统的实时状态以及翻转任务目标对所述运动学约束模型和所述动力学约束模型构建优化问题如下: ; 其中,表示所述期望控制参数,={,,表示所述仿生多关节系统中第i个关节的弯曲角度,表示所述仿生多关节系统中第i个关节的旋转角度;是旋转矩阵,表示所述仿生多关节系统质心的姿态;表示期望旋转矩阵;是所述质心的位置;表示期望质心位置;、为权重矩阵;表示乘积取对数后再进行反hat运算; 确定所述优化问题的约束条件如下: ;; 其中,和表示所述仿生多关节系统的运动学约束,和表示所述仿生多关节系统的动力学约束;表示所述仿生多关节系统的系统状态,; 根据所述约束条件利用所述MPC求解器求解所述优化问题,得到所述期望控制参数。
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