The Geometry of Optimal Gaits for Drag-Dominated Kinematic Systems
The Geometry of Optimal Gaits for Drag-Dominated Kinematic Systems
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阻力主导运动系统的最佳步态几何
DOI：
10.1109/tro.2019.2915424
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发表时间：
2019
影响因子：
7.8
通讯作者：
Hatton, Ross L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ramasamy, Suresh;Hatton, Ross L.
在本文中，我们提出了一套几何原则的理解和优化的阻力为主的运动学步态系统。对于具有两个形状变量的系统，步态优化的动力学类似于内部压力和表面张力结合联合收割机以产生肥皂泡的形状和大小的过程。步态曲线上的内部压力由穿过由步态界定的表面的系统约束的曲率的通量提供，并且表面张力由与执行步态相关联的成本提供，当以最佳（恒定功率）起搏执行时，其与在黎曼度量下测量的路径长度成比例。我们扩展这些原则的工作系统有三个，然后超过三个形状变量。我们证明了这些原则上的各种系统的几何形状（包括珀塞尔的游泳者）和优化标准，包括最大限度地提高位移和效率的平移和转动运动。我们还演示了如何使用这些原则，同时优化系统的步态运动学和物理设计。
In this paper, we present a set of geometric principles for understanding and optimizing the gaits of drag-dominated kinematic locomoting systems. For systems with two shape variables, the dynamics of gait optimization are analogous to the process by which internal pressure and surface tension combine to produce the shape and size of a soap bubble. The internal pressure on the gait curve is provided by the flux of the curvature of the system constraints passing through the surface bounded by the gait, and surface tension is provided by the cost associated with executing the gait, which when executed at optimal (constant-power) pacing is proportional to its pathlength measured under a Riemannian metric. We extend these principles to work on systems with three and then more than three shape variables. We demonstrate these principles on a variety of system geometries (including Purcell's swimmer) and for optimization criteria that include maximizing displacement and efficiency of motion for both translation and turning motions. We also demonstrate how these principles can be used to simultaneously optimize a system's gait kinematics and physical design.
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DOI：
10.15607/rss.2011.vii.017
发表时间：
2011
期刊：
2016 American Control Conference (ACC)
影响因子：
--
作者：
R. Hatton;H. Choset
通讯作者：
H. Choset
DOI：
10.1137/060649884
发表时间：
2006
期刊：
SIAM J. Appl. Dyn. Syst.
影响因子：
--
作者：
J. Melli;C. Rowley;Dzhelil Rufat
通讯作者：
Dzhelil Rufat
影响因子：
2.8
作者：
Hatton, R. L.;Choset, H.
通讯作者：
Choset, H.
影响因子：
8.6
作者：
Hatton, Ross L.;Ding, Yang;Goldman, Daniel I.
通讯作者：
Goldman, Daniel I.
机械系统动力学与控制：下落的猫及相关问题
DOI：
--
发表时间：
1993
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. J. Enos
通讯作者：
M. J. Enos