轮式移动机器人的多目标优化力分布的鲁棒性分析

论文摘要

力分布及鲁棒性分析是崎岖地面上轮式移动机器人研究的一个组成部分。针对崎岖地面上的轮式机器人的三维力分布，本文提出了一种力分布的准静态力分析方法。该理论考虑了机器人在崎岖环境下所容许的最大切应力和内摩擦角，以避免车轮过度的打滑。在Matlab软件环境下，本文进行了针对典型地面的三维力分布的多目标优化，优化过程中主要以机器人的能量消耗和牵引力为目标函数。多目标优化方法用来获得在机器人牵引力和能耗方面的准静态力分布联立的方程组的解。在车轮与地面之间引入了地面力学模型，包括不同类型的约束条件。在典型三维地面模型上进行了仿真验证。力分布由于其在崎岖地面中重要的控制性，成为在自主机器人中所主要关注的。一种多目标进化算法，用来获得最好的解集，通过最小化电机的能量和平均等效摩擦系数来保证最小的滑移。Pareto最优解的鲁棒性作为主要而被关注。由于不同的地形特性，如土壤凝聚力（c）、剪切变形模量（k）和内部摩擦角（o）作为噪声导致而得到不同Pareto解。可以发现，来自轮地特性的噪声c, k和o的值大2%时对结果敏感性产生较大的影响，而且在Pareto解的前沿front较小处的解比较大斜率处的接的鲁棒性更好，该标准可以用于控制算法和控制系统的设计，是一种从Pareto解中选择一个非劣解的可行准则之一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CHAPTER 1 INTRODUCTION
• 1.1 Problem statement
• 1.2 Motivation
• 1.3 Thesis background
• 1.3.1 A brief description of wheeled mobile robot
• 1.3.2 Examples of wheeled mobile robots
• 1.3.3 Force distribution and MOO review
• 1.4 Thesis contribution
• 1.5 Thesis outline
• CHAPTER 2 LITERATURE REVIEW
• 2.1 Overview
• 2.2 General problem descriptions
• 2.3 Mobile robot kinematics
• 2.3.1 Approaches to multi-objective optimization
• 2.3.2 Noise impacts and robustness
• 2.4 Evaluation methods
• 2.4.1 Harmony search method
• 2.4.2 Genetic algorithm
• Summary
• CHAPTER 3 MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION
• 3.1 Evolutionary multi-objective optimization
• 3.2 Multi-objective evolutionary algorithm with robust features
• 3.3 Robust multi-objective optimization and noise impacts
• 3.3.1 Pareto dominance and optimality
• 3.3.2 Examples of some test problems
• Summary
• CHAPTER 4 FORCE DISTRIBUTION ANALYSIS
• 4.1 Yaw （α）, pitch （β） and roll （γ） rotations
• 4.2 Force distribution analysis
• 4.3 Wheel terrain interaction
• 4.4 Multi-objective optimization
• 4.4.1 Formulation of multi-objective optimization
• 4.4.2 Problem constraints
• Summary
• CHAPTER 5 SIMULATIONS AND DISCUSSIONS
• 5.1 Introduction
• 5.2 Simulation on force distribution
• 5.3 Robustness and impact of noise
• 5.4 Simulation results
• 5.5 Monte Carlo simulation
• 5.5.1 Motivation
• 5.5.2 Basic principles
• Summary
• CONCLUSION AND FUTURE WORK
• REFERENCES
• ACKNOWLEDGEMENT
• MAHESH KUMAR ISHER