苏州大学王飞扬获国家专利权
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龙图腾网获悉苏州大学申请的专利一种基于柔性机械臂的无人机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:CN120482365B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-09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:202511001916.3,技术领域涉及:B64D47/00;该发明授权一种基于柔性机械臂的无人机系统及控制方法是由王飞扬;李皓越;曾春梅设计研发完成,并于2025-07-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于柔性机械臂的无人机系统及控制方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种基于柔性机械臂的无人机系统,包括:柔性机械臂和无人机;柔性机械臂包括若干体节模块和夹爪模块,相邻体节模块之间通过支撑管柱串联设置;体节模块包括折纸结构、气动模组和第一形状记忆合金弹簧;折纸结构包括多个关节,第一形状记忆合金弹簧包括多根,分别设置在每个折纸结构的外侧;夹爪模块,设置在柔性机械臂的末端的体节模块上;无人机,包括飞控系统,飞控系统用于控制无人机飞行以及调整体节模块和夹爪模块的工作状态。本发明能够同时对负载、刚度、位置和力控等关键结构参数做出实时响应,突破了传统单一任务目标的局限,能够依据实际工况自动调整各关节的运动状态。
本发明授权一种基于柔性机械臂的无人机系统及控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于柔性机械臂的无人机系统的控制方法,其特征在于:无人机系统包括柔性机械臂和无人机,所述无人机与柔性机械臂连接;所述柔性机械臂包括若干体节模块和夹爪模块,相邻所述体节模块之间通过支撑管柱串联设置;所述体节模块包括折纸结构、气动模组和第一形状记忆合金弹簧,所述气动模组嵌入到所述折纸结构内,用于实现所述折纸结构的长度控制;所述折纸结构包括多个关节,所述第一形状记忆合金弹簧包括多根,分别设置在每个所述折纸结构的外侧,用于调整关节的弯曲角度;所述无人机包括飞控系统,所述飞控系统用于控制无人机飞行以及调整体节模块和夹爪模块的工作状态; 无人机系统的具体控制方法包括以下步骤: S1:获取目标物体的坐标位置;获取目标物体的坐标位置的具体方法包括用户通过图形用户界面GUI输入目标坐标和通过视觉识别模块获取物体三维坐标; S2:基于获取的所述目标物体的坐标位置生成柔性机械臂的体节模块和夹爪模块移动路径; S3:基于生成的移动路径控制无人机驱动体节模块和夹爪模块按照移动路径进行移动;同时获取无人机的飞控系统发送的姿态角,所述姿态角包括横滚角和俯仰角; S4:通过卡尔曼滤波对所述横滚角和俯仰角进行融合,获得姿态角估计值; S5:基于卡尔曼滤波融合后的数据,通过补偿算法模块对柔性机械臂的弯曲角度进行补偿; S6:夹爪模块抓取目标物体后,预估目标物体的质量并根据目标物体重量对体节模块的刚度以及夹爪模块的夹持力进行调节; 其中,步骤S2中,所述移动路径生成的具体步骤如下: S21:基于梯度投影法求解逆运动学方程,获得柔性机械臂的各关节的弯曲角度; S22:采用RRT*算法并引入高斯采样策略在三维空间中生成无碰撞路径; 其中,所述梯度投影法的具体步骤包括: S211:建立柔性机械臂的雅可比矩阵并确定迭代参数和约束参数,基于所述雅可比矩阵构建机械臂运动模型,将柔性机械臂的夹爪模块的位移约束转化为体节模块的关节速度约束; S212:构建分层动态加权因子矩阵,通过分层动态加权因子矩阵优化关节角度参数; S213:基于机械臂运动模型,计算目标物与当前柔性机械臂的夹爪模块的位置误差,并通过梯度下降法将所述位置误差转换为夹爪模块的速度; S214:基于雅可比矩阵计算加权伪逆矩阵,利用计算得到的加权伪逆矩阵,求解满足末端约束的关节速度;并构建加权零空间投影矩阵,定义零空间优化目标,生成优化方向,引导关节远离极限位置; S215:基于满足末端约束的关节速度与零空间优化,生成体节模块的关节速度调整量,将优化后的关节速度调整量转换为关节位置增量;将关节位置增量应用到当前关节向量上,迭代更新关节向量; S216:对更新后的关节向量进行约束投影,确保关节状态满足约束条件,并计算更新后的位置误差,判断是否满足终止条件或达到最大迭代次数,若满足则终止迭代,输出最终的关节角度向量;否则,返回步骤S214继续迭代优化过程。
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