德清县浙工大莫干山研究院顾曹源获国家专利权
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龙图腾网获悉德清县浙工大莫干山研究院申请的专利基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法、装置及介质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:CN119882456B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-01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:202510361366.X,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法、装置及介质是由顾曹源;华骋远;吴麒;张文安;王瑶为;吴祥;刘安东设计研发完成,并于2025-03-26向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法、装置及介质在说明书摘要公布了:本发明属于机器人运动控制领域,公开了一种基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法、装置及介质,包括:构建移动机器人双轮自行车模型,将状态空间模型转换为全驱模型;针对移动机器人双轮自行车模型的轨迹跟踪控制问题设计全驱镇定控制器,得到移动机器人轨迹跟踪控制系统误差模型;根据移动机器人轨迹跟踪控制系统误差模型,引入系统增量方程来简化数学模型;设计MPC控制器求解最优控制序列,并通过反变换得到移动机器人运动控制系统的最终输入。本发明利用高阶全驱理论将复杂的状态空间模型转换为更为简洁的二阶全驱模型,不仅保留了系统的物理意义,还避免了传统方法中可能遇到的病态矩阵问题,极大地简化了控制器的设计过程。
本发明授权基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法、装置及介质在权利要求书中公布了:1.一种基于高阶全驱理论的移动机器人轨迹跟踪控制方法,其特征在于,包括: 步骤S1、构建移动机器人双轮自行车模型,将状态空间模型转换为全驱模型,包括: 移动机器人双轮自行车模型的状态方程如下: 1 其中,分别表示移动机器人的横坐标、纵坐标及姿态角,分别表示的一阶导数,分别表示移动机器人的速度与加速度,速度方向与车身方向的夹角为,表示移动机器人的前轮与后轮之间的距离; 对进行二次求导: 2 其中分别表示的二阶导数,记中间变量,设计控制量,代入式(2)得到以下状态空间方程: 3 其中表示的二阶导数,将式(3)按采样时间进行离散化,得到离散状态空间方程如下: 4 其中,表示第个采样时刻,分别表示第采样时刻的值,分别表示的系数,,表示需要设计的全驱镇定控制器; 步骤S2、针对移动机器人双轮自行车模型的轨迹跟踪控制问题设计全驱镇定控制器,得到高阶全驱模型下的移动机器人轨迹跟踪控制系统误差模型,包括: 设计全驱镇定控制器如下: 5 其中,分别表示采样时刻的参考轨迹,和分别表示采样时刻的跟踪误差,表示外部控制输入,为所设计全驱镇定控制器的参数矩阵; 将式4代入式3,得到闭环形式的高阶全驱跟踪误差控制模型如下: 6 其中为阶数合适的单位矩阵; 步骤S3、根据步骤S2给出的移动机器人轨迹跟踪控制系统误差模型,引入系统增量方程来简化数学模型,包括: 记中间变量,,则式(6)所示的高阶全驱跟踪误差控制模型可重新表示为: 7 其中,为系统参数矩阵,其中为阶数合适的单位矩阵; 记中间变量,,,可得到式(7)的增量方程如下: 8 记中间变量,,有: 9 其中; 步骤S4、设计MPC控制器求解最优控制序列,并通过反变换得到移动机器人运动控制系统的最终输入。
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