恭喜北京航空航天大学杭州创新研究院余翔获国家专利权
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龙图腾网恭喜北京航空航天大学杭州创新研究院申请的专利一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划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:CN116237938B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-20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:202310138230.3,技术领域涉及:B25J9/16;该发明授权一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划方法是由余翔;陈瑞;郭克信;李文硕;郭雷;刘钱源;王萌设计研发完成,并于2023-02-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划方法在说明书摘要公布了:本发明提出一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划方法,生成满足运动约束并最小化系统质心偏移的协调运动轨迹。首先建立机械臂的运动学模型,以及飞行机械臂的一体化运动学模型,计算对应的雅各比矩阵。根据四旋翼无人机的欠驱动性,将雅各比矩阵分解为可控部分与不可控部分。随后建立系统的质心偏移模型,计算对应的雅各比矩阵。利用分层二次规划框架,以飞行机械臂末端跟踪精度为优化目标,建立并求解一个二次规划问题;在此基础上,将质心偏移量纳入优化目标函数,建立并求解新的二次规划问题,得到满足末端目标跟踪性能且最小化质心偏移的参考运动轨迹。本发明适用用于目标捕获、设备操作等空中作业任务。
本发明授权一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划方法在权利要求书中公布了:1.一种基于冗余自由度利用的旋翼飞行机械臂协调运动规划方法,其特征在于,包括以下步骤: 第一步、根据旋量理论与指数积公式,建立机械臂的运动学模型,包括: 定义当机械臂位于初始位姿时,机械臂第关节的运动旋量: ; 其中,表示在机械臂基坐标系下关节的单位角速度矢量,表示在机械臂基坐标系下关节的线速度矢量,表示机械臂基坐标系下关节转轴上任意一点的坐标。所述初始位姿为机械臂各个关节角为时的位姿; 将运动旋量转化为矩阵形式: ; 其中,,为反对称矩阵运算符; 根据指数积公式,计算得到机械臂的前向运动学齐次变换矩阵: ; 其中,表示机械臂末端相对于机械臂基坐标系的旋转矩阵,表示机械臂末端在机械臂基坐标系下的位置,是机械臂关节数目,是关节的关节角度,是关节的指数映射,是机械臂在初始位姿下的齐次变换矩阵,且: ; 计算机械臂的雅各比矩阵: ; 其中,表示关节在任意位姿下的运动旋量,由经过伴随变换运算后得到: ; 第二步、建立飞行机械臂的一体化运动学模型,计算相应的雅各比矩阵,将运动学模型分解为可控部分与不可控部分; 第三步、建立飞行机械臂的水平方向质心偏移模型,推导与质心偏移变化率对应的雅各比矩阵; 第四步、将机械臂末端轨迹跟踪精度与质心偏移量同时作为优化目标,建立并求解分层二次规划问题模型,得到满足末端目标跟踪性能且最小化质心偏移的飞行机械臂运动轨迹。
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