提高振动驱动机器人移动性能的双目标优化

【作者】 刁斌斌； 张晓旭； 方虹斌； 徐鉴；

【机构】 同济大学航空航天与力学学院； 复旦大学人工智能与机器人研究所；

【摘要】 平均速度和后退速度是评估振动驱动移动机器人移动性能的两个关键因素。考虑各向同性摩擦时,这两个指标通常是具有对抗性的,因此本文的目的是为振动驱动的移动机器人提供一种可行的双目标优化方案。首先,假设地面摩擦力是各向同性库伦干摩擦且驱动是理想驱动,建立了多模块振动驱动移动机器人的一般性动力学模型。基于非支配排序遗传算法II(NSGA-II)构造优化方案,并最终获得帕累托前沿(Pareto front)。为了验证上述双目标优化方案的必要性和有效性,本文就一个具有两个模块的振动驱动系统进行了数值研究。进一步设计了机器人原型,并进行了一系列实验测试。文中电机的转速和相位差作为优化参数,测得了机器人的平均速度和后向速度,并与数值结果进行对比。理论预测与实验结果之间的一致性表明了所提出的双目标优化方案的实用性。因此,本文所提出的双目标优化方案有望为其他微型移动机器人(例如仿蚯蚓移动机器人)的系统设计和优化提供综合指导。更多还原