南京理工大学麻玥瑄获国家专利权
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龙图腾网获悉南京理工大学申请的专利基于时间-能量的无人机自主降落路径规划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:CN119847188B 。
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:202510329719.8,技术领域涉及:G05D1/46;该发明授权基于时间-能量的无人机自主降落路径规划方法及系统是由麻玥瑄;钱普华;陆宇设计研发完成,并于2025-03-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于时间-能量的无人机自主降落路径规划方法及系统在说明书摘要公布了:本发明提出一种基于时间‑能量的无人机自主降落路径规划方法及系统,该方法包括:构建时间‑能量最优的自主降落模型;基于自主降落模型设计自主跟踪机制:基于目标轨迹预测序列,通过滚动空间生成局部目标并执行局部重规划,将局部目标作为目标位置,通过搜索算法获取无人机轨迹搜索序列;基于无人机轨迹搜索序列,生成无人机目标轨迹预测序列;设计自主降落机制:设计时间和动力学约束,并考虑自主降落中的终端约束,优化自主降落模型;通过NLOPT求解自主降落模型;最后,初始化参数,通过包括所述自主跟踪机制和自主降落机制的自主降落有限状态机,完成降落。本发明可以适应不同的场地和环境,通过调整规划参数或算法来适应不同的条件。
本发明授权基于时间-能量的无人机自主降落路径规划方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于时间-能量的无人机自主降落路径规划方法,其特征在于:包括步骤: 构建时间-能量最优的自主降落模型; 基于自主降落模型设计自主跟踪机制,用于生成无人机自主跟踪路径,包括: 通过滚动空间生成局部目标并执行局部重规划,将局部目标作为目标位置,通过搜索算法获取无人机轨迹搜索序列; 基于无人机轨迹搜索序列,生成无人机目标轨迹预测序列; 设计自主降落机制实现无人机降落,包括: 设计时间和动力学约束,并考虑自主降落中的终端约束,优化自主降落模型; 通过NLOPT求解自主降落模型; 初始化运动规划参数,通过包括所述自主跟踪机制和自主降落机制的自主降落有限状态机,完成降落; 自主降落模型的目标函数设计为: ; 其中,表示降落时长,为调节参数,分别表示的三阶导数,表示无人机在时刻的位置; 所述目标函数的约束条件包括: 动力学微分约束为: ; ; 其中,表示时刻的无人机状态,表示的一阶导数;参数矩阵,表示行列的零矩阵,表示维的单位矩阵;、和分别表示在方向、方向和方向上的位置,、和分别表示的一阶、二阶和三阶导数;表示无人机的跃度,取值为; 边界约束为: ; 其中,表示降落开始时刻,即初始时刻;表示无人机降落开始时刻的状态,即无人机初始状态;表示降落完成时刻,表示无人机降落完成时刻的状态; 关于速度和加速度的过程约束为: ; ; 其中,表示无人机在时刻的速度,表示降落过程的无人机最大速度约束;表示无人机在时刻的加速度,表示降落过程的无人机最大加速度约束; 关于时间轨迹的过程约束:将降落开始时刻至降落完成时刻按照MINCO曲线划分为个时间轨迹片段,记为,每个时间轨迹片段的持续时间必须大于0:; 设计时间和动力学约束,优化自主降落模型具体包括: 关于速度和加速度的过程约束,将目标函数优化为: ; ; ; 其中,和分别为速度惩罚和加速度惩罚的权值,为关于加速度的过程约束优化目标,为关于速度的过程约束优化目标; 关于时间轨迹的过程约束,将目标函数优化为: ; ; ; 其中,,为无约束虚拟时间序列,表示MINCO曲线的路径点序列; 基于无人机轨迹搜索序列,生成无人机目标轨迹预测序列,具体包括: 采用二阶链式积分模型对目标进行动力学建模,将目标加速度作为系统输入,为: ; ; ; 其中,表示时刻目标的状态变量,表示的一阶导数;表示目标在时刻的位置,、和分别表示在方向、方向和方向上的位置,和分别表示的一阶和二阶导数;表示目标的系统输入,取值为; 通过目标的动力学模型计算预测时长后的目标估计位置: ; 其中,目标初始位置,目标初始速度; 将目标的系统输入采用离散值,表示为: ; 其中,表示目标最大加速度约束,表示离散系数的设定值; 基于时刻目标的状态变量,选择时刻的目标的系统输入: ; 其中,表示实际代价,表示启发代价: ; ; 其中,表示调节参数; 将最优的系统输入对应的状态变量添加至目标轨迹预测序列。
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