Kiểm soát tối ưu cho một thiết bị crawler không chân hai cơ thể di chuyển trên một đường thẳng nhám nằm ngang

Springer Science and Business Media LLC - Tập 102 - Trang 1627-1642 - 2020
Nikolay Bolotnik1, Tatiana Figurina1
1Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Tóm tắt

Một bài toán kiểm soát tối ưu được giải quyết cho một thiết bị crawler không chân có hai cơ thể di chuyển dọc theo một đường thẳng trên một mặt phẳng nhám nằm ngang. Ma sát khô Coulomb tác động giữa các cơ thể của thiết bị crawler và mặt phẳng bên dưới. Việc kiểm soát được thực hiện bằng lực tương tác giữa các cơ thể. Hệ thống cần được di chuyển từ trạng thái nghỉ đến một khoảng cách cho trước trong thời gian tối thiểu, với điều kiện rằng vị trí tương đối của các cơ thể ở trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng trùng khớp và tốc độ của các cơ thể tại thời điểm kết thúc bằng không. Một sự chú ý đặc biệt được dành cho trường hợp mà các cơ thể bị cấm thay đổi hướng di chuyển của chúng.

Từ khóa

#kiểm soát tối ưu #crawler không chân #ma sát khô #di chuyển thẳng #mặt phẳng nhám

Tài liệu tham khảo

Chernousko, F.L.: The motion of a three-link system along a plane. J. Appl. Math. Mech. 65(1), 13–18 (2001) Chernousko, F.L.: The wave-like motion of a multilink system on a horizontal plane. J. Appl. Math. Mech. 64(4), 497–508 (2000) Figurina, T.Y.: Controlled slow motions of a three-link robot on a horizontal plane. J. Comput. Syst. Sci. Int. 44(3), 473–480 (2005) Vorochaeva, L.Y., Naumov, G.S., Yatsun, S.F.: Simulation of motion of a three-link robot with controlled friction forces on a horizontal rough surface. J. Comput. Syst. Sci. Int. 54(1), 151–164 (2015) Behn, C.: Adaptive control of straight worms without derivative measurement. Multibody Syst. Dyn. 26(3), 213–243 (2011) Fang, H., Xu, J.: Dynamics of a three-module vibration-driven system with non-symmetric Coulomb’s dry friction. Multibody Syst. Dyn. 27(4), 455–485 (2012) Fang, H., Xu, J.: Controlled motion of a two-module vibration-driven system induced by internal acceleration-controlled masses. Arch. Appl. Mech. 82(4), 461–477 (2012) Figurina, T.Y.: Optimal control of system of material points in a straight line with dry friction. J. Comput. Syst. Sci. Int. 54(5), 671–677 (2015) Noselli, G., Tatone, A., DeSimone, A.: Discrete one-dimensional crawlers on viscous substrates: achievable net displacements and their energy cost. Mech. Res. Commun. 58, 73–81 (2014) Steigenberger, J., Behn, C.: Worm-Like Locomotion Systems: An Intermediate Theoretical Approach. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Munich (2012) Zimmermann, K., Zeidis, I., Behn, C.: Mechanics of Terrestrial Locomotion with a Focus on Nonpedal Motion Systems. Springer, Heidelberg (2010) Zimmermann, K., Zeidis, I., Bolotnik, N., Pivovarov, M.: Dynamics of a two-module vibration-driven system moving along a rough horizontal plane. Multibody Syst. Dyn. 22(2), 199–219 (2009) Zimmermann, K., Zeidis, I., Pivovarov, M., Behn, C.: Motion of two interconnected mass points under action of non-symmetric viscous friction. Arch. Appl. Mech. 80(11), 1317–1328 (2010) DeSimone, A., Guarnieri, F., Noselli, G., Tatone, A.: Crawlers in viscous environments: linear vs nonlinear rheology. Int. J. Non Linear Mech. (UK) 56, 142–147 (2013) DeSimone, A., Tatone, A.: Crawling mobility through the analysis of model locomotors: two case studies. Eur. J. Phys. E 35(85), 2–8 (2012) Fang, H., Wang, C., Li, S., Wang, K.W., Xu, J.: A comprehensive study on the locomotion characteristics of a metameric earthworm-like robot. Part A: modeling and gait generation. Multibody Syst. Dyn. 34(4), 391–413 (2015) Fang, H., Wang, C., Li, S., Wang, K.W., Xu, J.: A comprehensive study on the locomotion characteristics of a metameric earthworm-like robot. Part B: gait analysis and experiments. Multibody Syst. Dyn. 35(2), 153–177 (2015) Jiang, Z., Xu, J.: Analysis of worm-like locomotion driven by the sine-squared strainwave in a linear viscous medium. Mech. Res. Commun. 85, 33–44 (2017) Bolotnik, N.N., Figurina, T.Y.: Optimal control of the rectilinear motion of a rigid body on a rough plane my means of the motion of two internal masses. J. Appl. Math. Mech. 72(2), 126–135 (2008) Bolotnik, N.N., Figurina, T.Y., Chernousko, F.L.: Optimal control of the rectilinear motion of a two-body system in a resistive medium. J. Appl. Math. Mech. 76(1), 1–14 (2012) Egorov, A.G., Zakharova, O.S.: The energy-optimal motion of a vibration-driven robot in a resistive medium. J. Appl. Math. Mech. 74(4), 443–451 (2010) Egorov, A.G., Zakharova, O.S.: The energy-optimal motion of a vibration-driven robot in a medium with a inherited law of resistance. J. Comput. Syst. Sci. Int. 54(3), 495–503 (2015) Liu, Y., Pavlovskaya, E., Hendry, D., Wiercigroch, M.: Vibro-impact responses of a capsule systems with various friction models. Int. J. Mech. Sci. 72, 39–54 (2013) Liu, Y., Islam, S., Pavlovskaya, E., Wiercigroch, M.: Optimization of the vibro-impact capsule system. J. Mech. Eng. 62, 430–439 (2016) Liu, Y., Pavlovskaya, E., Wiercigroch, M.: Experimental verification of the vibro-impact capsule model. Nonlinear Dyn. 83, 1029–1041 (2016) Liu, Y., Wiercigroch, M., Pavlovskaya, E., Peng, Z.K.: Forward and backward motion control of a vibro-impact capsule system. Int. J. Mech. Sci. 74, 2–11 (2013) Liu, Y., Wiercigroch, M., Pavlovskaya, E., Yu, H.: Modelling of a vibro-impact capsule system. Int. J. Non-Linear Mech. 70, 30–46 (2015) Yan, Y., Liu, Y., Liao, M.: A comparative study of the vibro-impact capsule systems with one-sided and two-sided constraints. Nonlinear Dyn. 89, 1063–1087 (2015) Yan, Y., Liu, Y., Manfredi, L., Prasad, S.: Modelling of the self-propelled vibro-impact capsule in small intestine. Nonlinear Dyn. 96(1), 123–144 (2019) Bolotnik, N.N., Gubko, P.A., Figurina, T.Y.: Possibility of a non-reverse periodic rectilinear motion of a two-body system on a rough plane. Mech. Solids 53, 7–15 (2018) Bolotnik, N., Pivovarov, M., Zeidis, I., Zimmermann, K.: The motion of a two-body limbless locomotor along a straight line in a resistive medium. ZAMM 96(4), 429–452 (2016) Chernousko, F.L.: The optimum rectilinear motion of a two-mass system. J. Appl. Math. Mech. 66(1), 1–7 (2002) Chernousko, F.L.: Analysis and optimization of the rectilinear motion of a two-body system. J. Appl. Math. Mech. 75(5), 493–500 (2011) Wagner, G., Lauga, E.: Crawling scallop: friction-based locomotion with one degree of freedom. J. Theor. Biol. 324, 42–51 (2013)