浙江大学湖州研究院汪秒获国家专利权
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龙图腾网获悉浙江大学湖州研究院申请的专利基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统及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:CN121268469B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-10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:202511797650.8,技术领域涉及:B60F5/02;该发明授权基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统及控制方法是由汪秒;许超;王超;张昊;崔粲设计研发完成,并于2025-12-02向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统及控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统及控制方法。系统包括:机体;四条配备驱动单元的机械腿;以及四个分别连接到对应机械腿髋关节部位的空气动力涵道单元。核心在于“驱动功能全面复用”:飞行时,机械腿驱动单元复用为推力矢量调节机构,调整涵道推力方向。控制方法包括:建立统一全驱动动力学模型;决策运动模式;基于模型和优化算法实时分配最优关节力矩及涵道指令。本发明通过驱动深度复用与统一控制框架,解决了结构冗余问题,实现了高机动地面步态、全姿态敏捷飞行及陆空模式平滑过渡。
本发明授权基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统及控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于全驱动控制能力的陆空两栖四足机器人系统,其特征在于,包括: 机体1; 四条机械腿2,对称布置于所述机体1两侧; 四个空气动力涵道单元3,分别与对应机械腿2的髋关节部位连接; 以及四个安装于机体1上的驱动单元201,分别对应驱动所述四条机械腿2; 其中,所述驱动单元201的驱动功能被全面复用: 在地面行走模式下,所述驱动单元201用于驱动所述机械腿2实现机器人的多自由度行走; 在空中飞行模式下,所述驱动单元201被复用用于驱动所述机械腿2调整姿态,进而为与其连接的空气动力涵道单元3提供至少两自由度的推力矢量调节能力;并通过所述驱动单元201对四个空气动力涵道单元3的推力进行统一矢量调整,实现所述机器人全姿态稳定飞行与六自由度运动的全驱动控制,所述全姿态包括侧飞、倒飞及侧身悬停; 其中,所述陆空两栖四足机器人系统以如下全驱动控制方法进行驱动,所述全驱动控制方法包括以下步骤: 状态感知步骤:通过感知模块5实时获取机体1的姿态、位置、速度信息,各机械腿2关节的角度、角速度信息,足端205与地面的接触力信息,以及各空气动力涵道单元3的转速信息; 模式决策步骤:由高层决策与步态规划模块6根据任务指令与来自感知模块5的环境感知信息,决策当前处于地面行走模式、空中飞行模式或模式过渡状态,并生成对应的机体期望运动轨迹; 统一动力学建模步骤:建立包含机体1、机械腿2、空气动力涵道单元3及其矢量角度的统一全驱动动力学模型;基于期望运动轨迹和机器人本体情况,利用刚体动力学模型,计算所需的总空间力与总空间力矩; 优化分配步骤:由姿态控制器7以跟踪期望运动轨迹为目标,基于统一动力学模型,采用带约束的优化算法实时求解最优的各关节力矩指令和各空气动力涵道单元3的转速与矢量角度指令; 执行控制步骤:将关节力矩指令输出至驱动单元201,将由优化分配步骤求解出的涵道转速与矢量角度指令经逆解算后分别输出至空气动力涵道单元3和驱动单元201; 其中,优化分配步骤中的优化问题数学表述为: 其中,为关节力矩向量;为涵道转速向量;,为涵道俯仰和偏航矢量角向量;M为质量矩阵;C为科里奥利力和离心力项;J为雅可比矩阵,为雅可比矩阵的转置;Fthrust为涵道推力向量;为外部力;q为广义坐标向量;代表q对时间的一阶导数,即广义速度;代表q对时间的二阶导数,即广义加速度,表示期望加速度;W1,W2,W3为权重矩阵,可动态调整。
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