Collision-Free Trajectory Planning for Mobile Manipulators Subject to Control Constraints

• Autorzy: Pajak G. , Pajak I.

Warianty tytułu

PL

Planowanie bezkolizyjnej trajektorii manipulatorów mobilnych przy ograniczeniach na sterowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A method of planning collision-free trajectory for a mobile manipulator tracking a line section path is presented. The reference trajectory of a mobile platform is not needed, mechanical and control constraints are taken into account. The method is based on a penalty function approach and a redundancy resolution at the acceleration level. Nonholonomic constraints in a Pfaffian form are explicitly incorporated to the control algorithm. The problem is shown to be equivalent to some point-to-point control problem whose solution may be easier determined. The motion of the mobile manipulator is planned in order to maximise the manipulability measure, thus to avoid manipulator singularities. A computer example involving a mobile manipulator consisting of a nonholonomic platform (2,0) class and a 3 DOF RPR type holonomic manipulator operating in a three-dimensional task space is also presented.

PL

W pracy opisano tok postępowania podczas budowy modeli symulacyjnych z wykorzystaniem programu SolidWorks i Matlab/Simulink. Tworzenie modelu symulacyjnego przebiega etapami, to znaczy najpierw opracowywany jest model geometryczny w programie SolidWorks, następnie dzięki możliwości wymiany danych, model CAD jest implementowany w środowisku obliczeniowym Matlab/Simulink. Modele SimMechanics pozwalają na śledzenie wielu parametrów, np. trajektorii, prędkości, czy przyspieszeń dowolnych elementów układu złożonego. W pracy, jako przykłady modeli symulacyjnych opracowanych zgodnie z zaprezentowana metoda, pokazano modele laboratoryjnego żurawia samochodowego oraz żurawia leśnego. Modele te umożliwiają wizualizacje zadanego - za pomocą wymuszeń kinematycznych - cyklu pracy.

Słowa kluczowe

EN

mobile manipulator; path following; trajectory planning; penalty function; control constraints

PL

manipulator mobilny; planowanie trajektorii; funkcja kary

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. LXI, nr 1
• Strony: 35--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pajak G.

• University of Zielona Góra, Institute of Mechanical Engineering and Machine Operation, Licealna 9, 65-417 Zielona Góra, Poland

autor

Pajak I.

• University of Zielona Góra, Institute of Computer Science and Production Management, Licealna 9, 65-417 Zielona Góra, Poland

Bibliografia

• [1] Rusinski E.: Design principles for supporting structures of self-propelled vehicles. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2002 (in Polish).
• [2] Eberhard P., SchiehlenW.: Hierarchical modeling in multibody dynamics. Archives of Applied Mechanics, 1998, 68, pp. 237-246.
• [3] Mrozek B., Mrozek Z.: MATLAB universal environment for scientific and technical calculations. CCATIE, Kraków, 1995 (in Polish).
• [4] Mrozek B., Mrozek Z.: MATLAB and Simulink. User’s guide. Helion, 2004 (in Polish).
• [5] Chaturvedi D.K.: Modeling and Simulation of Systems Using Matlab and Simulink. CRC Press, 2010.
• [6] Gran R.J.: Numerical Computing with Simulink, Volume I, Creating Simulation. Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 2007.
• [7] Cekus D., Warys P., Wochal M.: The application of Python environment and CAD models to control of machine movements. Systems. Journal of Trandisciplinary Systems Science, 2012, Vol. 16, No 1, pp. 121-130 (in Polish).
• [8] Wochal M., Cekus D., Warys P.: The application of VPython to visualization and control of robot. Pomiary Automatyka Robotyka, 2012, R. 16 nr 12 (190), pp. 151-156.
• [9] Scherer D., Dubois P., Sherwood B., VPython: 3D Interactive Scientific Graphics for Students. Computing in Science and Engineering, 2000, pp. 82-88.
• [10] Lombard M.: SolidWorks 2010 Bible. Wiley Publishing Inc., 2010.
• [11] Babiuch M.: SolidWorks 2006 w praktyce. Helion, 2007.
• [12] http://www.mathworks.com/help/physmod/smlink/index.html (access 25.07.2013).
• [13] Cekus D.: Modeling and simulation research of laboratory truck crane motion. Systems. Journal of Trandisciplinary Systems Science, 2012, Vol. 16, No 2, pp. 96-103 (in Polish).
• [14] Tomski L., Chwalba W.: System for testing the vibration of a truck-crane model. Materiały Sympozjum Naukowego “Metody Badan Maszyn Roboczych”. Prace Przemysłowego Instytutu Maszyn Budowlanych, 1989, z.1,2,3, pp. 206-214 (in Polish).
• [15] Posiadała B., Sklamierski B., Tomski L.: Motion of the lifted load brought by a kinematics forcing of the crane telescopic boom. Mechanism and Machine Theory, 1990, Vol. 25, Issue 5, pp. 547-556.
• [16] Posiadała B., Skalmierski B., Tomski L.: Theoretical, computational model of the telescopic mechanisms of the cranes. Prace Naukowe CPBP 02.05. Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1990 (in Polish).
• [17] Posiadała B. Paczynski A. Warys P.: Implementation of the geometrical model of forest crane boom in Matlab-Simulink environment. Górnictwo Odkrywkowe, 2010, 3/2010, pp. 193-196 (in Polish).
• [18] Posiadała B., Warys P.: Modeling and simulation research of forest crane in operating cycle. Modelowanie Inzynierskie, 2011, 10(41), pp. 331-338 (in Polish).
• [19] Posiadała B., Warys P., Cekus D., Tomala M.: The dynamics of the forest crane during the working cycle. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2013, Vol. 13, No. 7, Article Number: 1340013 (DOI: 10.1142/S0219455413400130).