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公开(公告)号：CN118550313B
公开(公告)日：2024-12-06
申请号：CN202411009923.3
申请日：2024-07-26
Applicant: 湖南大学
Abstract: 一种绳索牵引飞行机器人抗扰动控制方法，包括：1、推算移行机构期望轨迹和机械臂关节角、无人机平台中心期望轨迹和移行机构初始位置；2、计算机械臂运动对无人机平台带来的扰动力和扰动力矩，并计算绳索引起的扰动力和扰动力矩，得到总扰动方程；3、建立飞行机器人系统的动力学方程，进行解耦设计，得到解耦后的动力学方程，并得到旋翼升力、旋翼力矩、俯仰角期望值和横滚角期望值的计算公式；4、构建系统状态误差动力学方程，解算出飞行机器人旋翼升力和旋翼力矩；5、设计旋翼转速分配矩阵，根据旋翼升力、旋翼力矩以及旋翼转速分配矩阵计算旋翼转速，实现飞行机器人抗扰动运行。本发明解决了飞行机器人工作过程中的平稳性和安全性问题。
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公开(公告)号：CN116643501B
公开(公告)日：2023-10-24
申请号：CN202310878118.3
申请日：2023-07-18
Applicant: 湖南大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 本发明公开了一种稳定性约束下的空中作业机器人可变阻抗控制方法及系统，其中，本发明提出期望可变阻抗动力学中阻抗曲线的稳定性约束条件；并引入命令轨迹变量，将阻抗控制问题转换成特殊的跟踪控制问题，构建出命令轨迹与期望轨迹之间的关系，从而基于设定的期望轨迹得到命令轨迹，利用空中作业机器人的实际动力变量获得位置误差、线速度误差；利用期望姿态与实际动力变量获得姿态误差以及角速度误差，最终利用可变阻抗位置控制器以及几何姿态控制器得到变阻抗控制力以及控制力矩。本发明技术方案的空中作业机器人在执行任务前先验保障期望可变阻抗动力学的指数稳定性，具有算法结构简单、实现成本低和鲁棒的交互作业能力等优点。
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公开(公告)号：CN116643501A
公开(公告)日：2023-08-25
申请号：CN202310878118.3
申请日：2023-07-18
Applicant: 湖南大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 本发明公开了一种稳定性约束下的空中作业机器人可变阻抗控制方法及系统，其中，本发明提出期望可变阻抗动力学中阻抗曲线的稳定性约束条件；并引入命令轨迹变量，将阻抗控制问题转换成特殊的跟踪控制问题，构建出命令轨迹与期望轨迹之间的关系，从而基于设定的期望轨迹得到命令轨迹，利用空中作业机器人的实际动力变量获得位置误差、线速度误差；利用期望姿态与实际动力变量获得姿态误差以及角速度误差，最终利用可变阻抗位置控制器以及几何姿态控制器得到变阻抗控制力以及控制力矩。本发明技术方案的空中作业机器人在执行任务前先验保障期望可变阻抗动力学的指数稳定性，具有算法结构简单、实现成本低和鲁棒的交互作业能力等优点。
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公开(公告)号：CN116088557A
公开(公告)日：2023-05-09
申请号：CN202310332102.2
申请日：2023-03-31
Applicant: 湖南大学
Abstract: 本发明公开了一种全驱动型六旋翼无人机位姿控制方法及装置，其该方法利用位置控制器，保证无人机对给定期望位置的精确跟踪；此外，还设计姿态生成器，进而根据设定的三种姿态策略姿态生成对应不同场景下的姿态；设计基于旋转矩阵的姿态控制器，以保证姿态的准确跟踪；最后采用反馈线性化控制，其根据线加速度误差、角加速度误差计算电机转子的转速，用以控制转子固定倾斜的全驱动型多旋翼无人机运动。本发明针对转子固定倾斜的全驱动型六旋翼无人机设计了对应的位姿控制方法，保证了转子固定倾斜的全驱动型六旋翼无人机控制的稳定性、可靠性和抗干扰性，容易拓展成空中接触式作业机器人的控制器，便于在工程上实现。
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公开(公告)号：CN115533915B
公开(公告)日：2024-12-06
申请号：CN202211295356.3
申请日：2022-10-21
Applicant: 湖南大学
Abstract: 本发明公开了一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法，包括构建与环境主动接触检测的空中作业机器人系统并进行动力学建模分析；设计额外弯矩估计器估计接触交互力/力矩；引入二阶弹簧‑质量‑阻尼模型建立理想接触力与空中作业机器人位置之间的动态关系，进而设计基于时变刚度系数的力跟踪阻抗控制策略，得出计算修正后的位置命令轨迹；根据修正后的位置命令轨迹、命令姿态、空中作业机器人的动力学模型和额外弯矩估计器设计空中作业机器人位姿控制率表达式，得到空中机器人位姿控制率；结合空中作业机器人系统中的转子转速与推力/转矩之间的转换表达式得到转子转速，以使空中作业机器人完成不确定环境下的主动接触检测任务。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN117873155A
公开(公告)日：2024-04-12
申请号：CN202311637710.0
申请日：2023-12-01
Applicant: 湖南大学
IPC: G05D1/495 , G05D1/46 , G05D101/10 , G05D109/20
Abstract: 本发明公开了一种不确定接触环境下空中交互的自适应阻抗控制方法及系统，包括：构建不确定接触环境下空中交互系统模型；引入障碍函数，设计基于障碍函数的空中作业机器人位置鲁棒控制器；根据位置控制器输入力和给定的期望偏航角，计算姿态环期望的翻滚角和俯仰角；根据非奇异终端滑模变量，设计空中作业机器人自适应姿态控制器；引入自适应机制在线估计不确定环境的位置和刚度参数，获得x方向的命令位置期望值；利用设计的控制器对x方向的命令位置期望值进行跟踪控制，实现空中作业机器人与不确定环境稳定力交互。该方法无须精确的交互环境的位置和刚度参数，能在模型不确定性和额外扰动下保障稳定的空中力交互能力。
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公开(公告)号：CN119734310A
公开(公告)日：2025-04-01
申请号：CN202510251944.4
申请日：2025-03-05
Applicant: 湖南大学
Abstract: 本发明公开了一种刚柔软一体化的空中接触式作业机器人及控制方法，机器人包括全驱型无人机平台、单自由度的全向转动刚性机构和单节软体臂；控制方法包括构建坐标系并建立空中接触式作业机器人系统正运动学模型；构建单节软体臂的逆运动学模型；基于单节软体臂的逆运动学模型，设计出基于强化学习的自适应逆运动学控制算法；建立全驱型无人机平台动力学模型，并设计基于扩展卡尔曼滤波估计器的非线性模型预测控制方法，能约束全驱型无人机平台侧向力输入，保障全驱型无人机平台在额外扰动情况下的精准跟踪。从而利用全驱型无人机平台的运动控制方法和软体臂逆运动学控制算法，实现受限环境下空中灵活操纵。
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公开(公告)号：CN118550313A
公开(公告)日：2024-08-27
申请号：CN202411009923.3
申请日：2024-07-26
Applicant: 湖南大学
Abstract: 一种绳索牵引飞行机器人抗扰动控制方法，包括：1、推算移行机构期望轨迹和机械臂关节角、无人机平台中心期望轨迹和移行机构初始位置；2、计算机械臂运动对无人机平台带来的扰动力和扰动力矩，并计算绳索引起的扰动力和扰动力矩，得到总扰动方程；3、建立飞行机器人系统的动力学方程，进行解耦设计，得到解耦后的动力学方程，并得到旋翼升力、旋翼力矩、俯仰角期望值和横滚角期望值的计算公式；4、构建系统状态误差动力学方程，解算出飞行机器人旋翼升力和旋翼力矩；5、设计旋翼转速分配矩阵，根据旋翼升力、旋翼力矩以及旋翼转速分配矩阵计算旋翼转速，实现飞行机器人抗扰动运行。本发明解决了飞行机器人工作过程中的平稳性和安全性问题。
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公开(公告)号：CN118068858A
公开(公告)日：2024-05-24
申请号：CN202311613768.1
申请日：2023-11-29
Applicant: 湖南大学
IPC: G05D1/49 , G05D1/689 , G05D1/242 , G05D1/245 , G01M13/00 , G01M99/00 , B25J11/00 , B25J9/16 , G05D109/25 , G05D111/50
Abstract: 本发明公开了一种空中接触式柔顺检测方法及系统，首先构建面向油气管道空中接触式检测的无人机系统的动力学模型，然后设计基于命令滤波器的自适应反步位姿控制律，接着预设无人机面向油气管道空中接触式检测的初始位置轨迹并构造代价函数，定义轨迹参数，对初始位置轨迹和代价函数进行参数化处理，得到参数化的代价函数和参考位置轨迹，最后设计迭代学习律，通过环境动力学模型、导纳接触动力学模型、基于命令滤波器的自适应反步位姿控制律、参数化的代价函数以及迭代学习律对参考位置轨迹进行优化，实现在额外转矩干扰情况下无人机面向油气管道的空中接触式柔顺检测。该方法可实现面向油气管道的空中接触式稳定、最优检测。
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公开(公告)号：CN116931592A
公开(公告)日：2023-10-24
申请号：CN202311081062.5
申请日：2023-08-25
Applicant: 湖南大学
Abstract: 本发明公开了一种悬挂运输工具的无人机系统的鲁棒控制方法，构建无人机系统的系统动力学模型，定义无人机系统的误差变量，根据系统动力学模型和误差变量设置无人机系统的工具位置、工具摆动以及无人机姿态的误差动力学模型，根据工具位置误差动力学模型和工具摆动误差动力学模型，利用自适应反步滑模方法设计得出工具位置控制律和工具摆动控制律并计算无人机的虚拟控制力，根据无人机的虚拟控制力和无人机的姿态误差动力学模型，设计无人机姿态动力学的鲁棒观测器并计算无人机的控制输入力矩和无人机的总升力，根据无人机的总升力和控制输入力矩控制无人机运动。该方法可确保悬挂的运输工具在强耦合、不确定性和外部干扰下遵循给定的期望轨迹。
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