The efficient optimization of actuated soft structures, particularly under complex nonlinear forces, remains a critical challenge in advancing robotics. Simulations of nonlinear structures, such as soft-bodied robots modeled using the finite element method (FEM), often demand substantial computational resources, especially during optimization. To address this challenge, we propose a novel optimization algorithm based on a tensorial parametric reduced order model (PROM). Our algorithm leverages dimensionality reduction and solution approximation techniques to facilitate efficient solving of nonlinear constrained optimization problems. The well-structured tensorial approach enables the use of analytical gradients within a specifically chosen reduced order basis (ROB), significantly enhancing computational efficiency. To showcase the performance of our method, we apply it to optimizing soft robotic swimmer shapes. These actuated soft robots experience hydrodynamic forces, subjecting them to both internal and external nonlinear forces, which are incorporated into our optimization process using a data-free ROB for fast and accurate computations. This approach not only reduces computational complexity but also unlocks new opportunities to optimize complex nonlinear systems in soft robotics, paving the way for more efficient design and control.


翻译:高效优化驱动软体结构,尤其是在复杂非线性力作用下的优化,仍然是推动机器人技术发展的关键挑战。非线性结构(如使用有限元法建模的软体机器人)的仿真通常需要大量计算资源,在优化过程中尤为突出。为应对这一挑战,我们提出了一种基于张量参数化降阶模型的新型优化算法。该算法利用降维与解近似技术,有效求解非线性约束优化问题。其结构清晰的张量化方法支持在特定选择的降阶基中使用解析梯度,显著提升了计算效率。为展示本方法的性能,我们将其应用于软体游动机器人的形状优化。这些受驱动的软体机器人承受流体动力,同时受到内部与外部非线性力的作用;我们通过无数据降阶基将这些力纳入优化过程,以实现快速精确的计算。该方法不仅降低了计算复杂度,还为优化软体机器人中的复杂非线性系统开辟了新途径,为更高效的设计与控制奠定了基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
【CMU博士论文】用于机器人规划与控制的可微凸模型
专知会员服务
25+阅读 · 2024年12月7日
人形机器人深度:产业化渐行渐近,未来前景广阔
专知会员服务
39+阅读 · 2024年7月17日
微型软体机器人能源驱动技术研究进展
专知会员服务
20+阅读 · 2023年7月12日
人工智能指导的现实问题非线性优化,Meta AI Yuandong Tian
专知会员服务
32+阅读 · 2023年3月3日
以BERT为例,如何优化机器学习模型性能?
专知
10+阅读 · 2019年10月3日
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
从浅层模型到深度模型:概览机器学习优化算法
机器之心
27+阅读 · 2017年7月9日
国家自然科学基金
14+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
48+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
相关基金
国家自然科学基金
14+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
7+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
48+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员