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公开(公告)号：CN116237938A
公开(公告)日：2023-06-09
申请号：CN202310138230.3
申请日：2023-02-20
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： B25J9/16
摘要： 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。
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公开(公告)号：CN115366109A
公开(公告)日：2022-11-22
申请号：CN202211164762.6
申请日：2022-09-23
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： B25J9/16
摘要： 本发明涉及一种旋翼飞行机械臂复合分层抗干扰方法，在旋翼飞行机械臂执行空中操作任务时，由于其存在较强的内部动态耦合和质心偏移，以及自身的模型不确定性和基座浮动等问题。针对存在的多源干扰影响，本发明提出了三个子控制器，在无人机控制方面，包括一个鲁棒H∞位置控制器，用于处理施加在无人机位置环的动态耦合力。一个复合自适应抗干扰控制器来保证无人机姿态环的控制精度，在机械臂控制方面，采用一个基于势场的运动学控制器来抑制基座浮动。本发明可以保证无人机在悬停状态下完成对目标物体的精准抓取。
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公开(公告)号：CN114625152A
公开(公告)日：2022-06-14
申请号：CN202210180324.2
申请日：2022-02-25
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
摘要： 本发明涉及一种四旋翼无人机快速碰撞检测与恢复方法，首先，使用非线性干扰观测器对碰撞产生的外力和力矩进行检测；其次，将检测到的外力和力矩与导纳控制器结合，根据碰撞外力和力矩实时的调整无人机的位置和航向角；最后，提出使用倾斜‑旋转分离姿态控制器，将无人机姿态误差划分为水平姿态误差和航向误差，为水平姿态误差分配更高的增益，从而增强了无人机水平姿态恢复能力，以上所提出方法可实现四旋翼无人机的碰撞快速检测以及碰撞后无人机的状态恢复，可用于视觉退化，狭小空间等无人机感知避障失效场景下四旋翼无人机的安全控制。
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公开(公告)号：CN113031636A
公开(公告)日：2021-06-25
申请号：CN202110226811.3
申请日：2021-03-01
申请人： 之江实验室 , 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 北京航空航天大学
摘要： 本发明涉及无人机控制领域，提供了一种无人机控制方法、装置、电子设备、无人机和存储介质。包括：根据无人机质量、期望高度、实际高度、位置环比例系数、微分系数、期望速度、实际速度，计算期望升力；根据横向位置环比例系数、微分系数、期望位置、实际位置、期望速度、实际速度，纵向位置环比例系数、微分系数、期望位置、实际位置、期望速度、实际速度，计算期望俯仰角和期望横滚角；根据期望姿态角、实际姿态角、姿态环比例系数，计算姿态角的期望角速度；根据期望角速度、实际角速度、无人机转动惯量，计算期望力矩；对期望升力、期望力矩以及控制分配矩阵进行分配计算，得到电机转速。用于解决多旋翼共轴双桨无人机的控制分配问题。
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公开(公告)号：CN118664604B
公开(公告)日：2024-11-05
申请号：CN202411104478.9
申请日：2024-08-13
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： B25J9/16 , B64U10/13 , B64U101/26
摘要： 本发明提供一种基于全状态耦合动力学的飞行机械臂抗干扰控制方法，以解决机械臂快速移动给无人机基座带来的动力学耦合干扰影响，可显著提升飞行机械臂的控制精度。首先根据齐次变换原理构建飞行机械臂执行器末端位姿在惯性坐标系下的运动学方程，然后利用动量守恒原理构建飞行机械臂全状态的耦合动力学模型，其次设计鲁棒微分器获得飞行机械臂的全状态信息，并分别针对无人机平台位置环和姿态环耦合动力学的估计误差设计相应的残差观测器，最后根据级联控制原理建立无人机平台的位置环抗干扰控制器和姿态环抗干扰控制器以完成飞行机械臂系统在动力学强耦合干扰下的高精度运动控制。本发明能够显著改善飞行机械臂在动态强耦合干扰下的控制精度。
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公开(公告)号：CN118819174A
公开(公告)日：2024-10-22
申请号：CN202411312452.3
申请日：2024-09-20
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
摘要： 本发明公开了一种基于风险触发的多无人机协同预警与安全控制方法，包括：构建无人机与外部静态和/或动态障碍物之间、以及多无人机之间的安全损失模型；基于安全损失模型和条件风险价值（CVaR）量化评估多无人机系统的碰撞风险；设计协同预警机制，即使某无人机自身未感知到障碍物，其仍能通过协同行为获取障碍物风险信息；设计基于风险触发的分布式安全控制器，该分布式安全控制器由基础编队控制项、机间避撞控制项以及避障控制项构成。本方法可突破无人机个体感知能力的局限性，显著提高多无人机系统面对动态障碍物的安全性；同时可减少避障机动距离，节能省力，降低保守性。本方法适用于复杂密集障碍物环境中多无人机系统的协同安全飞行控制。
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公开(公告)号：CN118627205A
公开(公告)日：2024-09-10
申请号：CN202411104509.0
申请日：2024-08-13
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： G06F30/15 , G06F30/20 , G06F119/14 , G06F111/04
摘要： 本发明提供一种考虑桨间重叠效应的共轴多旋翼拉力优化分配方法，以解决共轴多旋翼由于桨叶重叠气流耦合造成的升力损失影响，首先根据机械结构对共轴多旋翼的旋翼进行配对划分，然后利用拉力动力测试台对配对的旋翼进行气动效应标定获得总升力和总扭矩与配对旋翼转速之间的映射关系，其次利用二次多项式曲面公式来拟合一对旋翼共同产生的总升力和总扭矩。最后考虑系统实际运行的安全约束，设计以旋翼转速为变量的优化函数，并构造相应的代价函数对旋翼桨叶转速变化率和转速幅值进行约束；最后利用模型预测控制器一体求解出共轴多旋翼各旋翼的实际所需转速。本发明能够显著增加共轴多旋翼的续航能力和机动能力。
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公开(公告)号：CN118363390A
公开(公告)日：2024-07-19
申请号：CN202410395485.2
申请日：2024-04-02
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： G05D1/46 , G05D109/20
摘要： 本发明涉及基于风场估计和利用的无人机抗干扰轨迹规划与控制方法。使用叶片单元动量理论(BEMT)计算风对螺旋桨的影响，并在风场环境下对无人机的受力进行分析和动力学建模，计算垂直于升力方向的切向力，并将此力引入规划层；设计观测器对风场进行估计并设计控制器以跟踪轨迹，消除干扰影响；以条件在险价值(CVaR)作为风险度量指标，使用动力学建模中的切向力，对无人机规划的动力学约束部分进行有向放宽。本发明有效地提高了飞行器的安全水平，提高了无人机的机动性，并节省飞行能量，为当前无人机在风场环境下利用障碍物和风场实现无人机的安全飞行和机动飞行提供了新的解决方法。
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公开(公告)号：CN117631537A
公开(公告)日：2024-03-01
申请号：CN202311565600.8
申请日：2023-11-22
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
IPC分类号： G05B13/04 , H04B1/7163 , G01C21/16 , G01S5/08
摘要： 本发明提供一种无人机超宽带相对定位可观测度在线优化方法。首先，针对异构无人机相对定位系统，建立包含无人机动力学方程和超宽带量测方程的非线性位置估计模型；其次，对上述非线性系统模型进行局部线性化，使用线性化后的模型计算系统的可观测度度量；最后，建立可观测度和轨迹参数的数学关系，将系统的可观测度作为优化目标，求解得到具有快速收敛特性的最优轨迹。本发明适用于多无人机协同作业任务场景下的超宽带相对定位问题，能够保证所生成的无人机参考轨迹具有最佳的位置可观测性。本发明能够生成可观测度最优的飞行参考轨迹，且同时满足了系统动力学、运动学约束和避障约束，为无人机感知控制一体化设计提供了一种解决方案。
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公开(公告)号：CN117452965A
公开(公告)日：2024-01-26
申请号：CN202311476497.X
申请日：2023-11-07
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院
摘要： 本发明提供一种变构型无人机穿越狭长通道的轨迹规划方法，涉及无人机运动规划领域，为变构型无人机穿越狭长通道提供中心路径点与滚转角，解决传统路径搜索方法的存在的安全性不足等问题。本发明包括，无人机轮廓建模，将无人机轮廓建立为凸多面体；中心路径点优化，在狭长通道中利用欧式符号距离场信息和梯度信息将路径点优化到通道中心线上，利用梯度优化速度方向，递推下一个路径点；最优滚转角搜索，在中心路径点上搜索变构型无人机最佳滚转角；最优轨迹生成，根据中心路径点序列和滚转角序列生成最小控制代价多项式轨迹。本发明的轨迹规划方法安全性高，搜索效率高，生成的轨迹平滑，适用于无人机穿越狭长通道的任务场景。
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