湖南大学华和安获国家专利权
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龙图腾网获悉湖南大学申请的专利一种面向复杂环境的空中机器人控制方法及系统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:CN121115834B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-27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:202511670482.6,技术领域涉及:G05D1/49;该发明授权一种面向复杂环境的空中机器人控制方法及系统是由华和安;常浩;王耀南;张辉;钟杭;梁鸿涛;陈欣;陈美林设计研发完成,并于2025-11-14向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种面向复杂环境的空中机器人控制方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种面向复杂环境的空中机器人控制方法及系统,针对空中机器人在复杂环境下执行接触操作的控制需求,建立了空中机器人的动力学模型,并提出了一种分层控制框架。该框架包括外扭力估计器、基于阻抗的力轨迹跟踪模块以及位置控制器和姿态控制器。首先,通过引入广义扭力估计器,在无需额外传感器的情况下实现了外部扰动的有效估计;其次,使用阻抗控制模块在保持轨迹精度的同时提升了接触力跟踪性能;最后,位置控制器和姿态控制器则保证了位置与姿态的快速收敛。理论分析表明所设计的控制律能够确保系统在存在不确定性和外部接触力时的稳定性与收敛性,为空中机器人在复杂任务环境下的自主操作提供了有效的控制方法。
本发明授权一种面向复杂环境的空中机器人控制方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种面向复杂环境的空中机器人控制方法,其特征在于:所述空中机器人控制方法采用分层控制框架,具体包括以下步骤: S1:广义外扭力观测,定义由外部扰动力与外部扰动力矩构成的广义外扭力,引入外扭力估计器,并基于空中机器人的实时数据观测作用在空中机器人上的广义外扭力; S2:力轨迹跟踪,基于空中机器人的期望位置与期望力以及观测的广义外扭力,采用阻抗控制进行力轨迹跟踪得到空中机器人的命令位置; S3:姿态控制以及位置控制,基于观测的广义外扭力以及空中机器人的命令位置,位置环控制器输出位置环输出控制量,用于控制空中机器人的三轴推力,姿态环控制器输出姿态环输出控制量,用于控制空中机器人的三轴力矩; 其中,所述广义外扭力定义为: ; 式中,为空中机器人在飞行过程中受到的外部扰动力,为外部扰动力矩,为广义外扭力向量; 进而在拉普拉斯域构建外扭力估计器并转化为时域微分方程,求解时域微分方程得到的外扭力估计器的数学模型为: ; 式中,为观测的广义外扭力向量的估计值,为对角正定矩阵,为空中机器人质量,g为重力加速度,为广义推力输入,矩阵=[0,0,1]表示竖直向下方向,为角速度向量,为空中机器人转动惯量矩阵,为速度向量,t为时间,M为控制力矩输入;参数值由矩阵元素值 决定,参数值由矩阵元素值 决定,,且自定义参数满足:; 其中,向所述外扭力估计器输入空中机器人的速度和状态参数,观测得到广义外扭力向量估计值。
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