无人机形态的多目标演化
机器人学
2025-02-04 v1
摘要
多旋翼无人机的设计自其诞生以来几乎保持不变。虽然像四旋翼这样的常规设计在许多情况下表现良好，但在特定环境或任务中可能并非最优。本文通过探索哪些机体形态对于不同目标和约束是最优的，重新审视了旋翼无人机设计。具体而言，使用演化算法为三个目标生成最优无人机形态：（1）高推重比，（2）高机动性，以及（3）小尺寸。为了生成一系列在性能上有所权衡的最优无人机，采用了非支配排序遗传算法 II，即 NSGA-II。一个随机抽样的 600 个种群经过 2000 代演化。NSGA-II 算法演化出的无人机机体在三个目标中至少有一个优于标准的 5 英寸 220 毫米轴距四旋翼。帕累托前沿的三个极值点显示，机动性、推重比和尺寸分别提升了 487.8%、23.5% 和 4.8%。机动性的提升可归因于螺旋桨的倾斜角，而推重比的增加主要源于螺旋桨数量的增加。四旋翼位于这三个目标的帕累托前沿上。然而，我们的结果也表明，根据目标的不同，其他设计可能更优。
引用
@article{arxiv.2502.01197,
title = {Multi-objective Evolution of Drone Morphology},
author = {Elijah H. W. Ang and Christophe De Wagter and Guido C. H. E. de Croon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.01197},
year = {2025}
}
备注
7 pages, 8 figures