• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报

• 机构学及机器人 • 上一篇    下一篇

基于高维多目标定向混合进化的可变形机器人优化设

张永建,  毕晓君   

  1. 1. 大连民族大学信息与通信工程学院  大连  116600;
     2. 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院  哈尔滨  150001
  • 修回日期:2015-10-06 出版日期:2016-01-05 发布日期:2016-01-05
  • 通讯作者: 张永建,男,1987年出生,博士研究生。主要研究方向为高维多目标优化。 E-mail:zhangyongjian1226@163.com
  • 作者简介:张永建,男,1987年出生,博士研究生。主要研究方向为高维多目标优化。 E-mail:zhangyongjian1226@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61175126)、中央高校基本科研业务费专项(HEUCFZ1209)和高等学校博士学科点专项科研基金(20112304110009)资助项目。

Optimization Design of Shape-shifting Robot Based on Many-objective Directional Hybrid Evolutionary Algorithm

ZHANG Yongjian,  BI Xiaojun   

  1. 1. College of Information and Communication Engineering, Dalian Nationalities University, Dalian 116600;
    2. College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001
  • Revised:2015-10-06 Online:2016-01-05 Published:2016-01-05

摘要: 针对水路两栖模块化可变形机器人工作环境的复杂性和任务多变性,根据其结构和运动特性,提出一种基于高维多目标定向混合进化算法的机器人结构参数优化设计方法,使该型机器人的变形能力和两栖多种运动步态性能达到最优。通过一组方向矢量将搜索空间分解成多个固定寻优方向,并将机器人参数设计的该高维多目标优化问题转化成固定方向上的单目标优化问题;构建混合进化机制加强各方向上最优参数设计方案的搜索能力;以改进的交互式模糊支配和密度估计因子构造精英保留策略,提高设计方案集合的先进性和分布性。试验结果表明,高维多目标定向混合进化算法能够迅速、客观地选择合理的机器人结构参数,可以给设计人员提供更多的选择,为水路两栖可变形机器人的设计提供了一种简单、高效的新方法。

关键词: 定向混合进化, 高维多目标优化, 交互式模糊支配, 结构参数设计, 水路两栖可变形机器人

Abstract: To implement the performance optimization in the complex environment and task of the amphibious transformable robot, a parameter design of a shape-shifting robot based on high-dimensional multi-objective hybrid evolutionary algorithm is proposed, according to the structure and motion characteristics. The searching space is divided into several directional regions by a group of direction vectors. The many-objective optimization problem of shape-shifting robot is translated into several singe-objective optimization problems in the fixed directions. A hybrid evolutionary strategy is proposed to search for the optimal scheme of the structural parameters. A new elitism strategy based on interactive fuzzy dominance and density estimation factor is utilized to enhance the advancement and the distribution of the population. Experimental results show that high-dimensional multi-objective multi-direction evolutionary algorithm can search the reasonable structural parameters more quickly and objectively, which provided more choices for the designers. The new method is simple and efficient for the structural parameters design of the robot.

Key words: amphibious transformable robot, directional hybrid evolution, high-dimensional multi-objective optimization, interactive fuzzy dominance, structure parameter design