一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法、裝置及設備與流程

本發明涉及人工智能，具體涉及一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法、裝置及設備。

背景技術：

1、隨著機器人技術在21世紀以來不斷的發展與進步，機器人在現實生活中的應用也越來越多，飛行巡邏機器人工作時間長，可以代替人類做許多工作，因此對飛行巡邏機器人的研究具有重要的意義和價值。

2、在民用領域中，尤其是多樓層室內巡檢的場景中，為了節省人力成本，提高效率和安全性，也會選擇相應的多樓層飛行巡邏機器人進行相應信息的獲取和偵查監視等。多樓層飛行巡邏機器人是一種可以不受樓梯高度約束，利用自身的智能飛行能力可以飛往指定目標地點執行特殊任務的一類機器人。但是多樓層飛行巡邏機器人的穩定性不易控制的缺點，在實際應用中存在一定的約束和限制，因此，需要開發多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法，尤其是改進自適應控制的方法來實現飛行巡邏機器人在多樓層處實現樓梯的上下功能，從而達到多樓層室內環境中的良好控制和有效巡邏。

技術實現思路

1、本發明主要解決的技術問題是飛行巡邏機器人在多樓層處進行運動時的穩定性不易控制。

2、根據第一方面，一種實施例中提供一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法，包括：

3、獲取飛行巡邏機器人的運動模型；所述運動模型包括在預設多樓層飛行場景下根據所述飛行巡邏機器人的運動參數構建的動力學方程；所述運動參數包括與所述飛行巡邏機器人中每個不同的軸和每個電機相關的參數；所述飛行巡邏機器人包括增益調度器和pid控制器；

4、根據多個權重因子和所述運動模型構建對應的改進運動模型，并基于所述改進運動模型構建對應的誤差函數，對所述誤差函數進行求解得到運動估計參數；所述多個權重因子根據所述運動參數中每個電機相關的參數計算得到；

5、根據所述運動估計參數和所述增益調度器計算對應的增益參數，利用所述增益參數和所述pid控制器控制所述飛行巡邏機器人進行運動；所述增益調度器包括根據所述多個權重因子構建的增益調度函數。

6、一些實施例中，根據多個權重因子和所述運動模型構建對應的改進運動模型，包括：

7、對所述運動模型進行模型轉換處理，得到機器人運動方程；所述模型轉換處理包括化簡處理和向量化處理；所述機器人運動方程中包括第一參數向量和第二參數向量；

8、根據所述多個權重因子和所述第一參數向量生成對應的第一權重添加向量；

9、基于所述多個權重因子的數量對所述第二參數向量進行向量擴展處理，得到第二權重擴展向量；

10、根據所述第一權重添加向量和所述第二權重擴展向量構建得到改進運動模型。

11、一些實施例中，基于所述改進運動模型構建對應的誤差函數，包括：

12、獲取預設機器人的機器人參數，所述預設機器人包括真實世界場景下的機器人；所述機器人參數包括機器人的轉動軸傾斜度；

13、基于最小二乘法獲取預設機器人與所述改進運動模型之間的參數誤差，根據所述參數誤差、所述機器人的機器人參數、所述改進運動模型和預設誤差函數公式構建所述改進運動模型對應的誤差函數。

14、一些實施例中，利用所述增益參數和所述pid控制器控制所述飛行巡邏機器人進行運動，包括：

15、根據所述增益調度器中的增益調度函數構建所述pid控制器對應的自適應控制公式；

16、根據所述增益參數計算所述pid控制器的控制器輸出，根據所述控制器輸出和所述自適應公式控制所述飛行巡邏機器人的運動。

17、一些實施例中，自適應控制公式，包括：

18、

19、其中，pgain表示所述pid控制器的p增益，igain表示所述pid控制器的i增益，dgain表示所述pid控制器的d增益，x和y表示所述增益調度函數。

20、一些實施例中，飛行巡邏機器人的運動模型，包括：

21、

22、其中，j表示慣性矩，表示所述飛行巡邏機器人的轉動軸傾斜度，m表示所述飛行巡邏機器人的質量，g表示重力加速度，cp表示所述飛行巡邏機器人的重心相對于旋轉軸的垂直位置，ch表示所述飛行巡邏機器人的重心相對于旋轉軸的水平位置，表示所述飛行巡邏機器人的轉動軸，dm表示電機阻尼系數，表示電機軸角速度，tm表示電機扭矩。

23、一些實施例中，多個權重因子包括第一權重因子、第二權重因子和第三權重因子；所述第一權重因子的權重計算公式包括：其中，w1表示第一權重因子，tm表示電機扭矩；所述第二權重因子的權重計算公式包括：其中，w2表示第二權重因子，表示所述飛行巡邏機器人的轉動軸；所述第三權重因子的權重計算公式包括：其中，w3表示第三權重因子，tm表示電機扭矩。

24、根據第二方面，一種實施例中提供一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制裝置，包括：

25、模型獲取模塊，用于獲取飛行巡邏機器人的運動模型；所述運動模型包括在預設多樓層飛行場景下根據所述飛行巡邏機器人的運動參數構建的動力學方程；所述運動參數包括與所述飛行巡邏機器人中每個不同的軸和每個電機相關的參數；所述飛行巡邏機器人包括增益調度器和pid控制器；

26、參數估計模塊，用于根據多個權重因子和所述運動模型構建對應的改進運動模型，并基于所述改進運動模型構建對應的誤差函數，對所述誤差函數進行求解得到運動估計參數；所述多個權重因子根據所述運動參數中每個電機相關的參數計算得到；

27、飛行控制模塊，用于根據所述運動估計參數和所述增益調度器計算對應的增益參數，利用所述增益參數和所述pid控制器控制所述飛行巡邏機器人進行運動；所述增益調度器包括根據所述多個權重因子構建的增益調度函數。

28、依據上述實施例的多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法、裝置及設備，由于根據多個權重因子對飛行巡邏機器人的運動模型進行改進，并對改進后的改進運動模型求解得到運動估計參數，使得運動估計參數的獲取不需要復雜的計算流程，簡化了參數獲取的過程，并且提高了效率。根據運動估計參數和增益調度器計算對應的增益參數，利用增益參數和pid控制器控制飛行巡邏機器人進行運動，增益調度器根據運動估計參數來確定對應的增益參數，并控制飛行巡邏機器人進行穩定的運動。

技術特征：

1.一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法,其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據多個權重因子和所述運動模型構建對應的改進運動模型，包括：

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述改進運動模型構建對應的誤差函數，包括：

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述增益參數和所述pid控制器控制所述飛行巡邏機器人進行運動，包括：

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述自適應控制公式，包括：

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述飛行巡邏機器人的運動模型，包括：

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個權重因子包括第一權重因子、第二權重因子和第三權重因子；所述第一權重因子的權重計算公式包括：其中，w1表示第一權重因子，tm表示電機扭矩；所述第二權重因子的權重計算公式包括：其中，w2表示第二權重因子，表示所述飛行巡邏機器人的轉動軸；所述第三權重因子的權重計算公式包括：其中，w3表示第三權重因子，tm表示電機扭矩。

8.一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制裝置，其特征在于，包括：

9.一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制設備，其特征在于，包括：

10.一種計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述介質上存儲有程序，所述程序能夠被處理器執行以實現如權利要求1-7中任一項所述的方法。

技術總結
一種多樓層飛行巡邏機器人自適應控制方法、裝置及設備，包括獲取飛行巡邏機器人的運動模型；運動模型包括在多樓層飛行場景下根據飛行巡邏機器人的運動參數構建的動力學方程；運動參數包括與飛行巡邏機器人中每個不同的軸和每個電機相關的參數；飛行巡邏機器人包括增益調度器和PID控制器；根據多個權重因子和運動模型構建對應的改進運動模型，基于改進運動模型構建對應的誤差函數，對誤差函數進行求解得到運動估計參數；根據運動估計參數和增益調度器計算對應的增益參數，利用增益參數和PID控制器控制飛行巡邏機器人進行運動；增益調度器包括根據多個權重因子構建的增益調度函數。解決了飛行巡邏機器人在多樓層處進行運動時穩定性不易控制的問題。

技術研發人員：任曉波,封其國,吳俊杰,李瑞娟
受保護的技術使用者：深圳市華賽睿飛智能科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/2/21