Sáng chế đề cập đến hệ thống điều khiển robot tự hành hai tầng và phương pháp điều khiển chuyển động kết hợp điều khiển dự báo theo mô hình phi tuyến (Nonlinear Model Predictive Control - NMPC) với phương pháp tích phân đường đi dự báo theo mô hình (Model Predictive Path Integral - MPPI), trong đó MPPI thực hiện tối ưu hóa theo lấy mẫu ngẫu nhiên. Hệ thống bao gồm tầng điều khiển cấp cao thực hiện thu nhận dữ liệu cảm biến, ước lượng trạng thái và cập nhật bản đồ chi phí, đồng thời thực hiện MPPI để tạo chuỗi trạng thái dự báo và chuỗi lệnh điều khiển thô, sau đó tạo chuỗi tham chiếu và giá trị khởi tạo cho NMPC nhằm tạo lệnh điều khiển chuyển động trơn. Hệ thống còn bao gồm tầng điều khiển thời gian thực tiếp nhận lệnh vận tốc trơn, thực hiện điều khiển vòng kín bằng bộ điều khiển tỉ lệ tích phân vi phân (Proportional Integral Derivative - PID) và phát tín hiệu điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation - PWM) để điều khiển cơ cấu chấp hành, đồng thời thu thập tín hiệu encoder để tính toán dữ liệu do quãng đường (Odometry) và truyền ngược lên tầng điều khiển cấp cao qua giao tiếp UART. Nhờ cấu trúc hai tầng và cơ chế cầu nối giữa MPPI với NMPC, sáng chế làm giảm dao động và thành phần tần số cao của lệnh điều khiển, cải thiện độ mượt chuyển động, tăng độ ổn định bám quỹ đạo và nâng cao độ tin cậy khi vận hành trong môi trường có vật cản.