基于電磁屏蔽的機器人驅(qū)動輪設(shè)計及優(yōu)化研究.pdf

1、本課題是在國家自然科學(xué)基金項目“輪式機器人在崎嶇地面的低能耗通過性控制的方法研究”和博士點基金“機器人感知輪的機理和基于多場耦合的構(gòu)型優(yōu)化研究”的支持下，主要致力于研究涉及電磁屏蔽特性的機器人驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使機器人驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)更加緊湊。
　　 首先，提出一種適應(yīng)于崎嶇地面的小型機器人輪內(nèi)驅(qū)動輪，并考慮其內(nèi)部電磁特性。確定驅(qū)動輪的材料屬性，結(jié)合電磁屏蔽理論采用三維結(jié)構(gòu)電磁場仿真軟件AnsoftHFSS建立小型移動機器人輪內(nèi)驅(qū)動輪的

2、參數(shù)化模型，為下一步具體機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供參考。確定驅(qū)動輪的屏蔽效能作為評價驅(qū)動輪電磁兼容性的重要性能指標(biāo)。
　　 其次，研究輪內(nèi)驅(qū)動輪的電磁干擾源。通過分析電子設(shè)備電磁特性，建立電子元器件和電子設(shè)備的一次等效電磁干擾源模型。散熱片在驅(qū)動輪中形成二次電磁干擾源，結(jié)合驅(qū)動輪機械結(jié)構(gòu)和材料屬性，采用有限元本征模法分析散熱片的物理參數(shù)對驅(qū)動輪內(nèi)部電磁場的影響，優(yōu)化散熱片物理參數(shù)，為驅(qū)動輪屏蔽效能的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　 然后，研

3、究驅(qū)動輪屏蔽效能的量化關(guān)系。分析和優(yōu)化驅(qū)動輪內(nèi)部電磁干擾源與機械結(jié)構(gòu)關(guān)系，基于近似模型理論和多目標(biāo)優(yōu)化理論，確定驅(qū)動輪的屏蔽效能最大作為多目標(biāo)函數(shù)；將電磁場仿真軟件Ansoft HFSS中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到iSIGHT軟件平臺中，采用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF)建立驅(qū)動輪物理參數(shù)與屏蔽效能模型，選用試驗設(shè)計方法(DOE)對驅(qū)動輪的物理參數(shù)關(guān)于屏蔽效能的主效應(yīng)和帕累托貢獻率進行分析，從而確定設(shè)計變量；考慮驅(qū)動輪設(shè)計約束，選用可實現(xiàn)全局優(yōu)化的非劣分層

4、遺傳算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)，對驅(qū)動輪屏蔽效能的指標(biāo)進行多目標(biāo)優(yōu)化。
　　 開發(fā)移動機器人驅(qū)動輪關(guān)于屏蔽效能優(yōu)化的軟件包。利用Matlab軟件將iSIGHT平臺優(yōu)化結(jié)果集成于軟件包內(nèi)；利用Matlab軟件編制改進約束的多目標(biāo)優(yōu)化和聲搜索算法，編制Matlab軟件與Ansfot HFSS電磁仿真軟件的應(yīng)用程序接口，將和聲搜索算法集成到驅(qū)動輪屏蔽效能優(yōu)化中，具有一鍵到底的特點以實現(xiàn)優(yōu)化過程自動化。對比和聲搜索算法和iSIGHT平臺所