恭喜浙江大學黃瀟龍獲國家專利權
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龍圖騰網恭喜浙江大學申請的專利基于機械臂輔助的無人機主動降落方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119472768B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-09發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510065528.5,技術領域涉及:G05D1/495;該發明授權基于機械臂輔助的無人機主動降落方法是由黃瀟龍;吳俊設計研發完成,并于2025-01-16向國家知識產權局提交的專利申請。
本基于機械臂輔助的無人機主動降落方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于機械臂輔助的無人機主動降落方法,屬于無人機降落技術領域,包括:對無人機和機械臂分別進行動力學模型建模,其中將機械臂末端執行器的狀態建模為表示位置的三維歐式空間和表示姿態的二維球面空間;將基于機械臂輔助的無人機主動降落過程的最優控制的優化目標函數設置為最小化狀態軌跡的時間泛函和能量泛函,并給定降落的軌跡末端約束和軌跡過程約束;將優化目標函數中帶有約束的狀態軌跡轉化成無約束的優化目標函數,采用L?BFGS算法對無約束的優化目標函數進行求解,實現基于機械臂輔助的無人機主動降落控制。該方法可以用于更強的抗擾動能力,且可以實現更快速、更節能的主動降落,并提高降落成功率。
本發明授權基于機械臂輔助的無人機主動降落方法在權利要求書中公布了:1.一種基于機械臂輔助的無人機主動降落方法,其特征在于,包括以下步驟:對無人機和機械臂分別進行動力學模型建模,其中將機械臂末端執行器的狀態建模為表示位置的三維歐式空間和表示姿態的二維球面空間,包括:將無人機的狀態建模為位置、速度和旋轉,下標表示屬于無人機的狀態變量,表示三維歐式空間,表示三維球面空間,無人機的位置運動依賴于重力加速度和推力,旋轉運動以體坐標系中的角速度作為輸入,則無人機的動力學模型表示為: ;其中,表示位置的一階導數,表示速度的一階導數,表示單位矩陣的第列,表示凈推力,表示無人機的質量,表示旋轉的一階導數,表示角速度叉乘的反對稱矩陣形式;機械臂末端執行器的位置表示為,表示三維歐式空間,下標表示屬于機械臂的狀態變量,機械臂末端執行器的姿態使用球坐標系的方位角和極角來表示,且,表示二維球面空間,則機械臂的動力學模型表示為: ;其中,表示位置的一階導數,表示機械臂末端執行器的速度,表示極角的一階導數,表示極角的角速度,表示方位角的一階導數,表示方位角的角速度,根據方位角和極角能夠得到機械臂末端執行器的z軸方向分量;將基于機械臂輔助的無人機主動降落過程的最優控制的優化目標函數設置為最小化狀態軌跡的時間泛函和能量泛函,并給定降落的軌跡末端約束和軌跡過程約束,包括:優化目標函數表示為: ;其中,表示狀態軌跡的能量泛函,表示時間泛函,表示軌跡的總時長,表示機械臂輔助的無人機系統在時刻的狀態,是機械臂輔助的無人機系統在時刻的控制輸入,根據系統動力學方程,系統的狀態包括,系統的控制輸入包括,表示軌跡需滿足的機械臂輔助的無人機系統的動力學模型,表示需滿足的軌跡過程約束,表示0時刻的初始狀態,表示軌跡末端約束,符號表示小于等于;其中軌跡過程約束包括無人機可行性約束、機械臂可行性約束、以及任務相關聯合約束;將優化目標函數中帶有約束的狀態軌跡轉化成無系統動力學約束的微分平坦軌跡,同時采用懲罰泛函的方法將軌跡過程約束轉化成為待優化目標函數的一部分,隨后使用軌跡參數化的方法將連續的微分平坦軌跡轉化成離散的時空參數表示,從而將帶約束的優化目標函數轉化成無約束的優化目標函數,采用L-BFGS算法對無約束的優化目標函數進行求解,實現基于機械臂輔助的無人機主動降落控制。
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