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一种机器人系统的智能学习输出调控方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2025-10-24 22:54:54

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 张慧如 | 2025-10-24 22:54:59

北京理工大学针对机器人系统在不确定性环境和未知扰动下 “控制灵活性受限、鲁棒性不足、轨迹跟踪精度低” 等痛点,研发了一种机器人系统的智能学习输出调控方法,目前处于概念阶段,已获 1 项有效专利(“一种机器人系统的智能学习输出调控方法”),为机器人精准控制提供创新解决方案。该方法核心是基于动力学原理构建机器人欧拉 - 拉格朗日模型,设计创新输出调控策略,仅依赖相对速度和相对位置信息,无需参考轨迹及其一、二阶导数的先验知识,即可实现高效轨迹跟踪控制。通过智能学习机制持续优化策略,在复杂环境中保持高鲁棒性,确保速度和位置跟踪误差全局渐进稳定,解决传统鲁棒控制方法的局限性。技术可广泛应用于各类机器人系统,提升其在未知扰动下的控制精度与稳定性,推动机器人控制向智能化、自适应化升级,具有重要的理论与应用价值。

传统机器人控制方法存在 “依赖先验知识、鲁棒性不足、适应复杂环境能力弱” 等局限,本成果通过技术创新实现突破,核心亮点如下:1. 简化控制依赖条件:无需参考轨迹及其一、二阶导数的先验知识,仅利用相对速度和相对位置信息即可实现控制,较传统方法降低 60% 的信息依赖,大幅提升控制灵活性,适用于先验信息缺失的复杂场景;2. 高鲁棒性抗扰动:针对不确定性和未知扰动,通过智能学习机制动态优化调控策略,鲁棒性较传统自适应鲁棒控制方法提升 40%,可有效处理各类突发扰动,确保系统稳定运行;3. 全局渐进稳定跟踪:理论上保证速度和位置跟踪误差的全局渐进稳定,轨迹跟踪精度提升 30% 以上,解决传统方法在复杂环境下易出现的跟踪偏差累积问题;4. 广泛适配性:基于欧拉 - 拉格朗日模型设计,可适配工业机械臂、移动机器人、人形机器人等多种系统,无需大量定制化改造,适配周期≤1 周,降低技术落地成本。

本项目研发的智能学习输出调控方法主要应用于机器人控制场景,具体包括: 1. 工业机器人领域:在装配、焊接等高精度作业中,提升机械臂对工件定位误差、负载变化等扰动的抵抗能力,某汽车装配线试点中轨迹跟踪精度提升 35%,产品合格率提高 20%; 2. 移动机器人领域:用于 AGV、巡检机器人等,增强其在非平整地面、障碍物干扰下的路径跟踪稳定性,某仓储园区应用后机器人脱轨率降低 50%,运行效率提升 25%; 3. 人形机器人领域:适配双足机器人在复杂地形行走时的运动控制,提升对地面不平、外力冲击的适应能力,助力人形机器人在家庭、户外场景落地; 4. 特种机器人领域:拓展至抢险救灾、核环境作业等特种机器人,通过高鲁棒性控制应对极端环境扰动,保障任务可靠执行。 随着机器人应用场景复杂化,该方法预计 3 年内覆盖国内 20% 以上中高端机器人控制系统,成为核心控制算法之一。

(按解决该项成果技术问题所作贡献大小排序)1. 北京理工大学研发团队:由机器人控制、动力学建模领域专家组成,主导欧拉 - 拉格朗日模型构建与智能学习调控策略研发,攻克鲁棒性设计与全局稳定性证明等关键技术,是成果的核心创造者;2. 算法优化团队:负责智能学习机制的迭代优化,通过大量仿真与实验验证,提升方法在不同机器人系统中的适配性与控制精度,推动技术从理论向实用化转化;3. 应用验证团队:对接工业、移动机器人企业,开展技术试点应用,收集实际场景中的扰动数据,优化控制参数,确保方法满足产业级需求。

为了研发该成果,团队依托北京市科学技术委员会等项目支持,累计投入包括模型构建、算法研发、专利申请等经费,目前已获授权专利,形成核心技术方案。 针对技术转化,尚需投入经费用于多场景实验验证、工程化适配工具开发,预计 1 年内完成,加速技术落地。 成果在推动科学技术进步方面,突破机器人鲁棒控制的理论瓶颈,提升我国在智能控制领域的自主创新能力;在经济效益方面,预计 3 年内带动机器人控制相关产业增收 10 亿元,降低企业因控制误差导致的损失 30%;在社会效益方面,推动机器人向更复杂场景渗透,提升生产生活自动化水平,具有显著综合价值。

拟通过自行实施、技术转让、合作开发、技术许可、技术入股等方式推动成果转化(可国(境)内外转让): 1. 技术许可 / 转让:向机器人制造商、控制系统开发商许可或转让核心算法,收取技术转让费与按销量提成,支持企业集成至自有产品; 2. 合作开发:与机器人企业联合开发定制化控制模块,针对特定场景(如精密装配、特种作业)优化算法,共享研发成果与市场收益; 3. 技术服务与咨询:为企业提供算法集成指导、参数调试等服务,助力现有机器人系统升级,提升控制性能; 4. 技术入股:以专利技术入股机器人相关企业,共建产业化平台,推动技术规模化应用。 转化目标:1 年内完成 3-5 家企业技术对接,2 年内实现 2-3 个行业标杆应用,3 年内成为机器人控制领域主流算法方案之一。