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北京科技大学李玉玲获国家专利权

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龙图腾网获悉北京科技大学申请的专利遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法及装置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:CN119610097B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-04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:202411772025.3,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法及装置是由李玉玲;赵远航;李琳琳设计研发完成,并于2024-12-04向国家知识产权局提交的专利申请。

遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法及装置在说明书摘要公布了:本发明提供一种遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法及装置,涉及遥操作机器人系统控制技术领域。该方法包括:建立安全约束下具有动态不确定性和时间延迟的遥操作系统;为遥操作系统中的每个机械手构造虚拟参考系统;基于虚拟参考系统,分别为主、从机器人设计事件触发安全保障控制器,给出主机器人控制器更新的事件触发条件和从机器人二次规划问题求解和控制器更新的事件触发条件;实现主、从机器人同步,确保从机器人的机械臂的状态位于从机器人的机械臂的安全集内。本发明讨论了具有未知动力学、时间延迟和事件触发机制的遥操作系统的安全关键控制问题。在本发明的设计下,确保了从机器人在未知环境中的安全性,实现了主从同步。

本发明授权遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法及装置在权利要求书中公布了:1.一种遥操作机器人系统的事件触发安全保障控制方法,其特征在于,所述方法包括: S1、建立安全约束下具有动态不确定性和时间延迟的遥操作系统;其中,所述遥操作系统包括主机器人以及从机器人,所述主机器人以及从机器人为具有n个自由度的机械臂; S2、为所述遥操作系统中的每个机械手构造虚拟参考系统; S3、基于所述虚拟参考系统,分别为所述主机器人设计主机器人事件触发控制器以及为所述从机器人设计从机器人事件触发控制器,给出主机器人事件触发控制器更新的事件触发条件和从机器人安全关键二次规划问题求解和控制器更新的事件触发条件; S4、根据所述主机器人事件触发控制器以及从机器人事件触发控制器,实现主机器人以及从机器人同步,分别给出保证闭环系统稳定和确保从机器人的位置处于安全集合内的条件; 所述S1中的遥操作系统,如下式12所示: 式中,MmMs表示主从机器人的惯性矩阵,qmqs表示主从机器人的关节位置,表示主从机器人的加速度矢量,表示主从机器人的科里奥利力矩阵和离心力矩阵,表示主从机器人的速度,GmGs表示主从机器人的重力,表示主从机器人的雅可比矩阵,fm表示人施加的力量,τmτs表示主从机器人的控制力矩,fs表示环境力,m表示主机器人,s表示从机器人; 所述S2中的为所述遥操作系统中的每个机械手构造虚拟参考系统,包括: 为每个机械手构造虚拟参考系统,如下式3所示: 式中,表示虚拟参考系统i的加速度,i=m,s,j=m,s,j≠i,m表示主机器人,s表示从机器人,αi,βi,ki表示正常数,表示虚拟参考系统i的位置信号,表示虚拟参考系统i的速度,表示具有向量范数的n维欧几里德空间,xj表示虚拟参考系统j的位置信号,t表示时间,Tj表示从信号从j机械手传输到i机械手所经历的时间延迟,ui表示指定的虚拟参考系统的输入; 所述S3中的为所述从机器人设计从机器人事件触发控制器,包括: 制定基于控制障碍函数的二次规划问题CBF-QP筛选器,用于选择从机器人的参考输入us,所述CBF-QP筛选器,如下式45所示: 式中,表示具有向量范数的n维欧几里德空间,es表示从机器人的机械手关节位置与虚拟参考系统输出之间的误差,表示φs的导数,xs表示从机器人虚拟参考位置信号,如式3所示,表示从机器人的虚拟参考速度信号,表示从机器人的虚拟参考加速度信号,γ20,vs1,...,vsp表示正常数,p表示为安全约束条件的个数; 其中, 式中,hs表示表征机器人运动安全集的障碍函数,T表示矩阵转置,γ10; 设定求解CBF-QP的时刻是事件触发的,记为CBF-QP筛选器4-5在触发时刻的解,则有: 式中,ust表示从机械臂虚拟参考系统的输入,表示从机械手CBF-QP问题求解和控制器更新的事件触发时刻,ks=0,1,…∈N,N表示非负整数集合, 使用提出的同步变量,对从机器人事件触发控制定义如下: 式中,τs表示从机器人事件触发控制器,κs0,rs表示同步变量,由9式定义: 式中,λs为正常数参数,qs为从机械手的关节位置,Ys为表示从机械手模型的回归矩阵,满足: 式中,θs为从机械手的未知参数向量,qs为从机械手的关节位置,为从机械手的关节速度,为从机械手与从虚拟参考系统的位置误差,为从机械手与从虚拟参考系统的速度误差,表示θs的估计,表示的时间导数,为任意正定矩阵,λs为正常数参数; 触发函数,如下式1112所示: 式中,μs0,∈s0,vs0为常数参数,表示指数函数: 触发条件,如下式16所示: 所述S3中的为所述主机器人设计主机器人事件触发控制器,包括: 选择虚拟参考系统3的输入为下式17,生成参考信号xm,主机器人事件触发控制器设计如下式18: um=em17 式中,um表示主机器人虚拟参考系统的输入,em表示主机器人的机械手关节位置与虚拟参考系统输出之间的误差,即em=qm-xm,τm表示主机器人事件触发控制器,κm0,rm表示主机器人端的同步变量,即表示控制器满足的触发时间序列,Ym为表示从机械手模型的回归矩阵,满足: 式中,θm为主机械手的不确定模型参数,qm为主机械手的关节位置,为主机械手的关节速度,为主机械手与主虚拟参考系统的速度误差,表示θm的估计,θm表示主机器人的未知参数向量,表示为的时间导数,Γm为正定矩阵,T表示矩阵转置,λm为正常数参数。

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