中信重工机械股份有限公司昂正湖获国家专利权
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龙图腾网获悉中信重工机械股份有限公司申请的专利基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同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:CN121091688B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-31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:202511620811.6,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同控制方法是由昂正湖;申龙超;张志勇;郑杰飞;曹志斌;潘瑾瑜;秦瑞廷;岳昊东设计研发完成,并于2025-11-07向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同控制方法,属于矿山自动化与机器人协同控制技术领域。该方法通过在微内核操作系统上运行多个独立服务进程协同实现:多模态感知融合进程依据环境粉尘与光照动态调整传感器权重,构建全局语义地图;动态任务分配进程采用嵌入注意力机制的多智能体深度强化学习,将任务分配建模为部分可观测马尔可夫决策过程求解;混合路径规划进程基于历史通行数据构建分级代价模型,经三层规划体系生成路径;动态冲突消解进程利用STCN预测轨迹,结合分布式协商拍卖机制实现前瞻性冲突消解;状态同步进程采用轻量级实用拜占庭容错共识确保全系统状态一致。本发明显著提升了系统实时性、可靠性与智能水平。
本发明授权基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同控制方法在权利要求书中公布了:1.基于微内核操作系统的矿山多机器人自适应协同控制方法,其特征在于,所述方法由运行于井下主控节点微内核操作系统上的多个独立服务进程协同完成,包括以下步骤: 步骤S1:多模态感知融合服务进程:集成处理来自3D激光雷达、毫米波雷达、UWB定位模块和视觉传感器的数据,依据矿山井下环境粉尘浓度与光照条件动态调整各传感器数据的融合权重,当环境粉尘浓度高于第一阈值时,采用第一权重集合,其中毫米波雷达的权重大于视觉传感器的权重;当环境光照强度低于第二阈值时,采用第二权重集合,视觉传感器的权重被设置为最低值;构建并实时更新全局语义地图; 所述全局语义地图的构建方式:将各传感器数据转换至统一的世界坐标系;以井下主控节点安装位置为原点,建立三维直角坐标系,通过传感器外参矩阵实现各传感器数据的坐标转换;基于调整后的权重对各传感器提取的环境特征进行加权融合,得到统一的环境特征集合;根据融合后的环境特征构建全局语义地图; 步骤S2:动态任务分配服务进程:基于多智能体深度强化学习模型,为多个机器人生成自适应任务分配方案;其中定义部分可观测状态空间、机器人动作空间及多目标加权奖励函数,多目标加权奖励函数包含负载均衡奖励;任务决策采用集中式Critic网络评估当前策略的全局价值,指导Actor网络优化;每个机器人的Actor网络输出该机器人的动作概率分布; 步骤S3:混合路径规划服务进程:基于全局语义地图与历史通行数据构建代价模型,采用分层动态更新策略生成环境代价地图,并通过全局规划、局部优化与实时避障的三级规划体系为各机器人生成作业路径;具体包括: S31、采集历史作业数据,包括机器人作业轨迹、巷道结构参数、环境数据及性能数据,训练通行代价模型,所述通行代价模型的输出为通行代价Cost,其函数表示为: 其中,为巷道宽度,为坡度,为转弯半径,为粉尘浓度,为历史平均速度,为能耗; S32、采用包含静态基础层与动态增量层的分层更新策略生成环境代价地图,其中所述静态基础层基于巷道结构先验知识与历史通行代价模型生成,所述动态增量层基于实时传感器数据检测环境变化,对变化区域计算增量代价并更新; S33、基于通行代价模型和环境代价地图,通过三级规划体系生成各机器人的行驶路径,所述三级规划体系包括基于静态基础层环境代价地图和改进RRT*算法的一级全局规划,结合动态增量层环境代价地图进行局部路径精细化调整的二级规划,以及结合动态障碍物信息对路径进行实时调整的三级规划;全局规划采用的改进RRT*算法的代价函数为: 其中,为从起点到当前节点的实际代价,为当前节点到终点的启发式估计代价,为节点与最近障碍物距离相关的风险代价,为根据作业紧急度动态调整的权重系数; 步骤S4:动态冲突消解服务进程:使用时序卷积网络预测多机器人未来轨迹,基于预测结果检测潜在冲突,并通过基于Vickrey拍卖协议的分布式协商拍卖机制消解潜在路径冲突; 步骤S5:状态同步服务进程:采用实用拜占庭容错共识机制,维护系统中所有机器人节点的状态一致性,系统中所有机器人节点与作为主节点的井下主控节点构成共识网络;所述实用拜占庭容错共识机制包括动态节点管理、基于信誉模型的异常节点检测与隔离,以及在节点断线重连后的状态同步; 其中,所有服务进程间的数据交互均通过微内核消息总线实现确定性消息传递,所述微内核消息总线为不同优先级的消息分配固定时间片,时间片周期设为1ms,并采用基于优先级的轮转调度方式,确保高优先级消息在预设时间窗内完成传递。
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