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龙图腾网获悉华侨大学申请的专利一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统及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：CN120428541B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-10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：202510887555.0，技术领域涉及：G05B11/42；该发明授权一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统及方法是由吴昊;晏来成;张俊杰;郑俊杰;林泽楷设计研发完成，并于2025-06-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统及方法，将多模态语义感知与强化学习相融合。传感器模块获取独轮车姿态和环境多源信息，经语义感知模块处理形成包含环境语义和车体状态的增强状态表示。强化学习控制模块基于增强状态，通过深度神经网络策略生成独轮车平衡控制指令，驱动执行机构实现俯仰和横滚稳定控制，并可通过回报反馈实现策略在线自适应调整。所述系统构建了感知‑决策‑执行的闭环控制：视觉等多模态传感理解环境语义，自适应策略实时迭代优化，保持独轮车在复杂动态环境中的平衡与运动控制。本发明提高了环境理解能力和控制策略的自适应性，显著增强了独轮车在未知路况下的平衡稳定性和智能决策水平。

本发明授权一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种多模态语义感知与强化学习的自平衡独轮车控制系统，其特征在于，包括： 传感器模块，至少一个惯性测量单元，用于测量独轮车的姿态角速度和加速度；至少一个编码器，用于测量车轮转速或转角；至少一个成像传感器，用于获取独轮车周围环境的图像或视频； 语义感知模块，包括姿态估计单元，用于融合惯性测量单元和编码器数据计算独轮车的俯仰角、横滚角及其角速度；视觉语义理解单元，用于对所述成像传感器获取的图像进行语义分析，识别环境中的道路类型、障碍物和其它语义特征；状态重构单元，用于将姿态估计结果与视觉语义特征融合，生成包含独轮车动力学状态和环境语义信息的增强状态向量； 增强状态向量至少包括： ， 其中为独轮车俯仰角，为独轮车横滚角，为俯仰角对应的角速度，为横滚角对应的角速度，v为独轮车前进速度，为独轮车前进加速度，和分别表示检测到的障碍物距离和高度，表示当前坡度角，增强状态向量中的、、、、v、、、和通过传感器直接测量或由视觉语义理解单元计算获得； 强化学习控制模块，包括策略决策单元，内置深度强化学习策略网络，以所述增强状态向量为输入计算独轮车的控制指令，包括驱动轮电机的力矩指令和侧向平衡执行机构的控制指令；策略优化单元，用于采用强化学习算法根据预定的回报函数对所述策略网络进行训练优化； 其中回报函数为，其中为折扣因子，为即时回报，为控制回合或学习回合，控制回合或学习回合的总长度，具体为： 其中为权重常数，用于平衡各项惩罚与奖励的重要性，t、t分别是时刻t的俯仰角和横滚角偏差，t、t分别是俯仰角和横滚角对应的角速度，为独轮车持续直立的指标，若和均在安全阈值内取1，否则取0，为避免碰撞障碍的指标，若未与障碍物发生碰撞取1，否则取0； 执行机构，包括驱动电机，接收所述驱动轮电机的力矩指令驱动独轮车车轮旋转；平衡控制执行器，接收所述侧向平衡执行机构的控制指令产生横向力矩以调整独轮车横滚角； 所述平衡控制执行器包括反作用飞轮机构或双陀螺仪机构，当采用反作用飞轮机构时，平衡电机驱动内部飞轮旋转产生反向力矩，调整独轮车横滚角；当采用双陀螺仪机构时，两高速旋转陀螺产生进动力矩来稳定横向平衡； 采用反作用飞轮机构时，独轮车的俯仰角动力学可表示为： ， 其中为独轮车绕横轴的转动惯量，为俯仰角加速度，m为总质量，h为质心高度，g为重力加速度，为驱动独轮车车轮的电机转矩；横滚角动力学由反作用飞轮形成等效倒立摆： ， 其中为反作用飞轮-车体系统绕纵轴转动惯量，为横滚角加速度，为反作用飞轮电机转矩； 上述模块通过通信链路连接构成闭环控制系统，使独轮车在所述策略网络控制下实现自平衡。

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