您所在的位置: 成果库 一种用于智能机器人的运动控制方法及系统

一种用于智能机器人的运动控制方法及系统

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2025-10-24 23:43:22

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 23:43:22

该成果核心技术架构围绕 “感知 - 规划 - 控制” 三级协同展开:①感知层:通过人形机器人智能传感器组(含视觉、力控、惯性传感器)采集环境数据(如障碍物、地面平整度)与机器人状态数据(如关节角度、负载),输入预训练的第一神经网络模型(混合注意力架构),解决多传感器数据融合的时序依赖问题,输出运动预测数据与环境分析结果;②规划层:基于感知结果构建运动规划模型,采用预设第一算法(如多目标优化算法)对关节运动轨迹进行 “能耗 - 稳定性” 双目标优化,平衡运动效率与安全性;③控制层:中央控制器生成关节位置、速度、力矩参考轨迹,各关节本地第二控制器结合实时反馈(如关节误差),在预测时域内局部调整轨迹,结合边缘计算架构降低通信延迟。

1. 混合注意力神经网络破解感知瓶颈:首创混合注意力机制的第一神经网络模型,针对多传感器数据(视觉、力控、惯性)的时序异步问题,通过注意力权重分配优先处理关键数据(如突发障碍物信号),数据融合延迟≤50ms,环境分析准确率达 92%,解决传统传感器融合 “时序混乱、关键信息遗漏” 问题,为运动规划提供精准输入;2. 能耗 - 稳定性多目标优化突破效率痛点:区别于传统单目标轨迹规划(仅追求速度或能耗),采用预设第一算法同步优化 “能耗成本” 与 “运动稳定性”,在负载变化、地面不平的复杂环境中,关节运动能耗降低 28%,同时机器人倾倒风险从 15% 降至 3%,平衡运动效率与安全性;3. 中央 - 本地协同控制降低响应延迟:构建 “中央控制器统筹规划 + 本地控制器实时调整” 的分布式架构,结合边缘计算将关节控制逻辑下沉至本地,通信延迟降低 70%,控制响应速度≤100ms,解决传统集中式控制 “指令传输拥堵、调整滞后” 问题,适配人形机器人快速交互、工业机器人精密操作需求。

1. 人形服务机器人领域:适配家庭陪护、商业导引等人形机器人,在家庭复杂环境(如家具阻碍、地面防滑垫)中,可实现平稳避障与灵活交互,某试点中,人形机器人家庭服务任务完成率从 72% 提升至 95%,单次充电续航时间延长 2.5 小时; 2. 工业协作机器人领域:用于汽车零部件柔性装配、电子元件精密搬运,系统的 “能耗 - 稳定性” 优化可降低车间能耗成本,同时提升装配精度,某汽车零部件厂测试显示,机器人装配合格率从 88% 提升至 99%,单台机器人年能耗成本节约 1.2 万元; 3. 特种机器人延伸:可拓展至巡检机器人(如电力巡检)、应急救援机器人,在户外复杂地形(如崎岖路面)中,运动稳定性与响应速度优势显著,预计 3 年内覆盖国内 20% 以上中高端智能机器人控制场景; 4. 市场潜力:我国智能机器人市场规模年增速超 30%,其中运动控制模块占机器人成本的 25%-30%,该技术可替代传统控制方案,按单台机器人控制模块成本降低 15% 计,年潜在经济效益超 15 亿元。

1. 李和娟(核心发明人):深圳市踩点智慧科技有限公司技术总监,长期深耕机器人运动控制与神经网络研究,主导本成果技术架构设计,提出 “混合注意力神经网络融合” 核心思路,曾参与 2 项省级人形机器人科研项目,拥有 4 项机器人控制领域专利,是成果创新领军者;2. 陆昊(算法研发负责人):负责第一神经网络模型与 “能耗 - 稳定性” 优化算法开发,攻克多传感器时序融合、多目标优化求解难题,使数据融合延迟与能耗分别降低 60%、28%,保障规划层核心算法性能;3. 邓鸿星(控制系统负责人):主导中央 - 本地协同控制系统开发,设计边缘计算适配架构,实现控制响应速度≤100ms,完成与机器人硬件的集成测试,推动技术从理论向实用转化;4. 测试验证团队:对接机器人厂商开展场景测试,收集工业、服务领域控制需求,优化算法参数,累计完成超 1000 小时工况测试,为产业化提供实践数据支撑。

1. 研发与生产投入: - 前期研发投入:2024 年 3 月 - 2025 年 6 月累计投入 500 万元(算法开发 300 万、硬件适配 150 万、测试 50 万); - 产业化追加投入:需 800 万元(生产线建设 400 万,用于本地控制器、传感器组批量生产;市场推广 200 万;技术迭代 200 万,适配极端环境控制)。   2. 预期经济效益: - 短期(1-2 年):完成 10 家机器人企业合作,实现技术许可收入 400 万元、系统销售(单套 6-10 万元)收入 800 万元,年营收 1200 万元; - 中期(3-5 年):覆盖国内 18% 中高端机器人控制市场,年营收超 1.5 亿元,年纳税超 2000 万元,带动产业链增收 5 亿元。   3. 风险控制: - 技术风险:建立 “季度迭代机制”,适配机器人硬件升级(如新型关节电机),与高校合作储备前沿算法; - 市场风险:优先绑定深圳本地机器人厂商(如大疆、优必选),通过试点案例降低市场教育成本; - 供应链风险:与传感器、控制器核心供应商签订长期协议,保障关键部件供应稳定性。

1. 技术许可:向机器人制造商许可核心算法(如混合注意力融合、多目标优化),按机器人产量提成(单台 800-1500 元); 2. 系统销售:销售标准化控制系(含硬件模块 + 软件平台),提供存量机器人升级服务(单台 3-5 万元); 3. 联合开发:与人形机器人企业联合开发定制化方案(如家庭服务机器人专用控制模块),按销售额 12%-15% 分成; 4. 转化目标:1 年内实现深圳地区试点落地,2 年内年营收超 1000 万元,3 年内成为国内机器人运动控制领域主流供应商。