Design and multiobjective optimization of a two‐point contact ladder‐climbing robot using a genetic algorithm

机器人 多目标优化 控制理论(社会学) 遗传算法 PID控制器 工程类 执行机构 点(几何) 最优化问题 控制工程 数学优化 模拟 计算机科学 数学 人工智能 温度控制 几何学 控制(管理) 电气工程
作者
Darshita Shah,Jatin Dave,Mihir Chauhan,Vijay Ukani,Suhani Patel
出处
期刊:Journal of Field Robotics [Wiley]
标识
DOI:10.1002/rob.22403
摘要

Abstract This paper presents the design and optimization of a climbing robot. The design of a ladder‐climbing robot is done with fundamental mathematical considerations. The designed robot is robust enough to manage all environmental calamities, and at the same time, it is optimized for lightweight to reduce the actuator's cost and ease of transportation. An analytical evaluation is carried out for both static and dynamic conditions to determine strength and motion characteristics. The multiobjective optimization of the design parameters of a ladder‐climbing robot is done to obtain optimized values of design parameters. The formulation of an optimization problem that considers the minimization of weight and natural frequency is performed. Using an evolutionary genetic algorithm (GA) for the multicriteria optimization problem is solved, and a Pareto front solution is obtained. The optimal values of the parameters are decided based on the knee selection technique. As both objective functions are contradictory, the optimum results significantly improve the robot's performance. Controlling the proportional–integral–derivative (PID) parameters is crucial as the robot climbs with a two‐point contact gait pattern. The controlling parameters impart stability to the robot. PID parameters like proportional, integral and derivative gain are tunned using the GA. Finally, the developed prototype is tested on the ladders of the tower, and satisfactory climbing motion is achieved.
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