基于響應面法的爬壁機器人多目標優化設計

仲昭杰，劉芳華，孫天圣，狄 澄，吳萬毅

(江蘇科技大學機械工程學院，江蘇 鎮江 212100)

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船體清潔機器人的工作是在近似垂面的船體壁面上清除附著物，其吸附功能作為主要功能，值得重點研究。通常根據實際負載需要，選擇足式、輪式和履帶式作為行走機構，而吸附機構有負壓吸附、永磁吸附、電磁吸附和推力吸附[1]。機器人在經過焊縫時由于受到自身載荷與外界因素的原因，機身會發生一定的形變量，故對機器人機身進行結構優化是需要迫切解決的問題。文獻[2]提出一種基于Box-Behnken響應面法與有限元相結合的輕量化設計方法。文獻[3]以質量最小和扭轉剛度為優化目標函數，經過多目標優化后對比白車身的基礎性能，使其達到輕量化目的。文獻[4]基于結構應力和質量響應面模型，對結構質量進行求解，并通過數值仿真和實驗測試對優化方案進行可靠性分析。文獻[5]提出一種基于組合加權法設定子目標權重系數，通過拓撲優化使材料更加合理分布。文獻[6]針對結構中存在的不確定性，提出了具有區間不確定性參數識別的分步實施方法，通過質量-彈簧系統數值算例與鏡架系統實例，驗證方法的可行性與可靠性。文獻[7]使用DOE和響應面法技術對飛機機翼進行優化設計，減少機翼應力和結構整體質量。文獻[8]基于響應面法得到結構變量和性能指標，計算出螺旋分離器最佳點的最大分離效率。

本文以爬壁機器人機身為研究對象，將機器人機身經過焊縫時的靜態性能作為優化目標，在參數相關性與響應面分析的基礎上，采用多目標遺傳算法優化[9-10]，計算量小，效率高，滿足提高機器人結構性能的要求。……