МЕТОД ПЛАНИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ТРЕХЗВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА В ОБЪЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ С ПРЕПЯТСТВИЕМ


https://doi.org/10.21822/2073-6185-2018-45-1-98-112

Полный текст:


Аннотация

Цель. Целью исследования является разработка методов планирования оптимальной траектории движения трехзвенного манипулятора в объемном пространстве с препятствием.

Метод. Применен метод итеративной кусочно-линейной аппроксимации траектории движения антропоморфного манипулятора и выбора оптимальной траектории перемещения по критерию энергоэффективности.

Результат. Предложен метод планирования оптимальной траектории движения трехзвенного манипулятора с 7-ю степенями подвижности в объемном пространстве, содержащем препятствие, заданное массивом точек трехмерного пространства и представляемое в виде сферы. Задача сводится к поиску углов Эйлера двигателей манипулятора для перехода в конечное положение либо напрямую, либо используя разработанный метод поиска промежуточных положений для достижения результата. Выбор оптимальной траектории движения для обхода препятствия производится по критерию минимизации энергопотребления манипулятора для продолжительной работы в автономном режиме мобильного манипуляционного либо антропоморфного робота.

Вывод. Метод планирования оптимальной траектории движения трехзвенного манипулятора с 7-ю степенями подвижности в объемном пространстве, содержащем препятствие, заданное массивом точек трехмерного пространства и представляемое в виде сферы, обладает гибкостью, которая достигается за счет варьирования введенного параметра. Его увеличение делает перемещение манипулятора более угловатым за счет уменьшения количества промежуточных состояний, что уменьшает вычислительные затраты, но также увеличивает энергозатраты, уменьшая при этом скорость перемещения. Уменьшение параметра наоборот, снитжает энергозатраты и увеличивает скорость, но также увеличивает вычислительные затраты, так как увеличивается количество промежуточных состояний и перемещение становится более гладким. Однако при этом, для уменьшения расчетного времени предполагается использование параллельных вычислений при расчете углов Эйлера для двигателей во время перемещения между промежуточными точками, что значительно ускорит процесс вычисления. При значении  h=0 траектория вырождается в кривую и применение предложенного метода не является оправданным.


Об авторах

В. О. Антонов
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Антонов Владимир Олегович – аспирант.

355009, Ставрополь, ул. Пушкина, 1



М. М. Гурчинский
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Гурчинский Михаил Михайлович – магистрант.

355009, Ставрополь, ул. Пушкина, 1



В. И. Петренко
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Петренко Вячеслав Иванович - кандидат технических наук, доцент, заместитель директора института информационных технологий и телекоммуникаций по науке; заведующий кафедрой «Организация и технология защиты информации».

355009, Ставрополь, ул. Пушкина, 1



Ф. Б. Тебуева
Северо-Кавказский федеральный университет
Россия

Тебуева Фариза Биляловна – доктор физико-математических наук, доцент, заведующая кафедрой прикладной математики и компьютерной безопасности.

355009, Ставрополь, ул. Пушкина, 1



Список литературы

1. Шаньгин Е. С. Управление роботами и робототехническими системами: конспект лекций / Е. С. Шаньгин. – Уфа, 2005.

2. Погорелов А.Д. Обзор алгоритмов планирования траектории движения манипуляторов // Молодежный научнотехнический вестник, август 2016. - 2016. - №8. УДК: 621.865:004.896.

3. Камильянов А.Р. Планирование траекторий движения многозвенного манипулятора в сложном трехмерном рабочем пространстве на основе эволюционных методов диссертация кандидата технических наук, Уфимский гос. авиационный университет, Уфа, 2007 г.

4. Morales, D.O., Westerberg, S., La Hera, P.X., Mettin, U., Freidovich, L., Shiriaev, A.S. Increasing the level of automation in the forestry logging process with crane trajectory planning and control // Journal of Field Robotics. - 2014. - №31 (3). - С. 343-363.

5. Lin, H.-I. A fast and unified method to find a minimumjerk robot joint trajectory using particle swarm optimization // Journal of Intelligent and Robotic Systems: Theory and Applications. - 2014. - №75 (3-4). - С. 379-392.

6. Qi, R., Zhou, W., Wang, T. An obstacle avoidance trajectory planning scheme for space manipulators based on genetic algorithm // Jiqiren/Robot. - 2014. - №36 (3). - С. 263-270.

7. Howard, T., Pivtoraiko, M., Knepper, R.A., Kelly, A. Model-predictive motion planning: Several key developments for autonomous mobile robots // IEEE Robotics and Automation Magazine. - 2014. - №21 (1), статья № 6740036. - С. 6473.

8. Liu, W., Chen, D., Zhang, L. Trajectory generation and adjustment method for robot manipulators in human-robot collaboration // Jiqiren/Robot. – 2016. - №38 (4), pp. 504-512.

9. Chen, Y.-J., Ju, M.-Y., Hwang, K.-S. A virtual torquebased approach to kinematic control of redundant manipulators // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2017. - №64 (2), статья № 7444179, pp. 1728-1736.

10. Alekh, V., Rahul, E.S., Bhavani, R.R. Comparative study of potential field and sampling algorithms for manipulator obstacle avoidance // International Journal of Control Theory and Applications. – 2016. - №9 (Specialissue33), pp. 71-78.

11. Ren, Z.-W., Zhu, Q.-G., Xiong, R. Trajectory planning of 7-DOF humanoid manipulator under rapid and continuous reaction and obstacle avoidance environment // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. – 2015. - №41 (6), pp. 11311144.

12. Pham, C.D., Coutinho, F., Lizarralde, F., Hsu, L., From, P.J. An analytical approach to operational space control of robotic manipulators with kinematic constraints // IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). – 2014. - №19, pp. 8509-8515.

13. Simba, K.R., Uchiyama, N., Aldibaja, M., Sano, S. Visionbased smooth obstacle avoidance motion trajectory generation for autonomous mobile robots using Bézier curves // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2017. - №231 (3), pp. 541-554.

14. Tsai C.C., Hung C.C., Chang C.F. Trajectory Planning and Control of a 7-DOF Robotic Manipulator // 2014 International conference on advanced robotics and intelligent systems. – JUN 06-08, 2014. - (ARIS), pp. 1131-1144.

15. Xidias E.K. Time-optimal trajectory planning for hyperredundant manipulators in 3D workspaces // Robotics and computer-integrated manufacturing. – 2018. - №50, pp. 286298.

16. Menon M.S., Ravi V.C., Ghosal A. Trajectory Planning and Obstacle Avoidance for Hyper-Redundant Serial Robots // Journal of mechanisms and robotics-transactions of the ASME. – 2017. - №9 (4). Номер статьи: 041010.

17. Abu-Dakka F.J., Valero F.J., Suner J.L., Mata V. A direct approach to solving trajectory planning problems using genetic algorithms with dynamics considerations in complex environments // ROBOTICA. – 2015. - №33(3), pp. 669-683.

18. Mahdavian, M., Shariat-Panahi, M., Yousefi-Koma, A., Ghasemi-Toudeshki, A. Optimal trajectory generation for energy consumption minimization and moving obstacle avoidance of a 4DOF robot arm // International Conference on Robotics and Mechatronics, ICROM 2015. – 2017. - статья № 7367810, pp. 353-358.

19. Тебуева Ф.Б. Математические модели и методы для задач многокритериального выбора на графах в условиях недетерминированности исходных данных // автореферат дис. ... доктора физико-математических наук: 05.13.18 / Южный федеральный университет. Ставрополь, 2013.

20. Антонов В. О., Гурчинский М. М., Петренко В. И., Тебуева Ф. Б. Метод планирования траектории движения точки в пространстве с препятствием на основе итеративной кусочно-линейной аппроксимации // Системы управления, связи и безопасности. 2018. № 1. С. 168-182. URL: http://sccs.intelgr.com/archive/2018-01/09-Antonov.pdf

21. Макаров А.Н., Кутлубаев И.М., Усов И.Г. Основы механики многодвигательных машин // Учебное пособие / Под редакцией А.Н. Макарова. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, 2006. (2-е изд., перераб. и доп).

22. Антонов В.О., Пижевский Д.Е. Алгоритм выбора стратегии поведения мобильного манипуляционного робота в нештатной ситуации при разрыве связи и утрате контроля оператором // В сборнике: Студенческая наука для развития информационного общества Сборник материалов V Всероссийской научно-технической конференции. 2016. С. 557-559.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Антонов В.О., Гурчинский М.М., Петренко В.И., Тебуева Ф.Б. МЕТОД ПЛАНИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ТРЕХЗВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА В ОБЪЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ С ПРЕПЯТСТВИЕМ. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2018;45(1):98-112. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2018-45-1-98-112

For citation: Antonov V.O., Gurchinsky M.M., Petrenko V.I., Tebueva F.B. METHOD FOR PLANNING THE OPTIMAL TRAJECTORY OF A THREE-LINK MANIPULATOR IN TRIDIMENSIONAL SPACE WITH AN OBSTACLE. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2018;45(1):98-112. (In Russ.) https://doi.org/10.21822/2073-6185-2018-45-1-98-112

Просмотров: 254

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6185 (Print)
ISSN 2542-095X (Online)