基于电磁屏蔽的机器人驱动轮设计及优化研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anan0508
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本课题是在国家自然科学基金项目“轮式机器人在崎岖地面的低能耗通过性控制的方法研究”和博士点基金“机器人感知轮的机理和基于多场耦合的构型优化研究”的支持下,主要致力于研究涉及电磁屏蔽特性的机器人驱动轮结构优化,使机器人驱动轮结构更加紧凑。首先,提出一种适应于崎岖地面的小型机器人轮内驱动轮,并考虑其内部电磁特性。确定驱动轮的材料属性,结合电磁屏蔽理论采用三维结构电磁场仿真软件AnsoftHFSS建立小型移动机器人轮内驱动轮的参数化模型,为下一步具体机械结构的设计提供参考。确定驱动轮的屏蔽效能作为评价驱动轮电磁兼容性的重要性能指标。其次,研究轮内驱动轮的电磁干扰源。通过分析电子设备电磁特性,建立电子元器件和电子设备的一次等效电磁干扰源模型。散热片在驱动轮中形成二次电磁干扰源,结合驱动轮机械结构和材料属性,采用有限元本征模法分析散热片的物理参数对驱动轮内部电磁场的影响,优化散热片物理参数,为驱动轮屏蔽效能的优化奠定基础。然后,研究驱动轮屏蔽效能的量化关系。分析和优化驱动轮内部电磁干扰源与机械结构关系,基于近似模型理论和多目标优化理论,确定驱动轮的屏蔽效能最大作为多目标函数;将电磁场仿真软件Ansoft HFSS中的数据导入到iSIGHT软件平台中,采用径向基神经网络(RBF)建立驱动轮物理参数与屏蔽效能模型,选用试验设计方法(DOE)对驱动轮的物理参数关于屏蔽效能的主效应和帕累托贡献率进行分析,从而确定设计变量;考虑驱动轮设计约束,选用可实现全局优化的非劣分层遗传算法-II(NSGA-II),对驱动轮屏蔽效能的指标进行多目标优化。开发移动机器人驱动轮关于屏蔽效能优化的软件包。利用Matlab软件将iSIGHT平台优化结果集成于软件包内;利用Matlab软件编制改进约束的多目标优化和声搜索算法,编制Matlab软件与Ansfot HFSS电磁仿真软件的应用程序接口,将和声搜索算法集成到驱动轮屏蔽效能优化中,具有一键到底的特点以实现优化过程自动化。对比和声搜索算法和iSIGHT平台所产生的优化结果。
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