Application of neural networks to control of drive functions of a manipulator with a flexible link

• Autorzy: Adamiec-Wójcik I.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie sieci neuronowych w sterowaniu napędem manipulatora z podatnym członem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a model of a manipulator with a flexible link which has been used for solving an optimization problem. The optimization task consists in choosing drive functions in such a way that despite flexibility the desired trajectory of the end effector is realised. The optimization problem requires the equations of motion to be integrated at each optimization step and the models cannot be applied for controlling the motion in real time. Thus neural networks, which give a solution in a short time, are proposed. Dynamic optimization is solved to calculate appropriate drives, which form sets of values used for training an artificial neural network. The results obtained using the Nelder-Mead method and neural networks are compared.

PL

W artykule przedstawiono model manipulatora z podatnym członem zastosowany w rozwiązaniu zadania optymalizacji dynamicznej. Wyznaczono funkcje napędowe, pozwalające na realizację zadanej trajektorii końcówki manipulatora niezależnie od efektów spowodowanych podatnością członów. Rozwiązanie tak postawionego zadania optymalizacji dynamicznej wymaga całkowania równań ruchu w każdym kroku czasowym. Nie jest więc możliwe wykorzystanie przedstawionych modeli w sterowaniu napędami w czasie rzeczywistym. Stąd propozycja zastosowania sztucznych sieci neuronowych i uzyskania rozwiązania w krótkim czasie. Wykonano wielokrotne rozwiązanie zadania optymalizacji dynamicznej, tworząc zbiór wartości użytych w procesie uczenia sieci neuronowej. Zaproponowano sieć neuronową oraz przeprowadzono proces uczenia metodą Levenberga-Marquardta. Wykonano symulacje komputerowe i porównano wyniki po zastosowaniu funkcji napędowych wyznaczonych przez sieć neuronową oraz uzyskanych w rozwiązaniu zadania optymalizacji metodą Nelder-Meada.

Słowa kluczowe

EN

optimization; control; compensation of flexibility; artificial neural networks

PL

optymalizacja; sterowanie; kompensacja podatności; sztuczne sieci neuronowe

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 35, nr 1
• Strony: 85--98
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Adamiec-Wójcik I.

• University of Bielsko-Biała, Willowa St. 2, 43-300 Bielsko-Biała,

Bibliografia

• [1] A.A. SHABANA: Flexible multibody dynamics: review of past and recent developments. Multibody Systems Dynamics, 1(1997), 89-122.
• [2] J. FRĄCZEK: Modelowanie mechanizmów przestrzennych metodą układów wieloczłonowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Mechanika z. 196, Warszawa 2002.
• [3] O.A. BAUCHAU, J. RODRIGUEZ: Formulation of modal based elements in nonlinear, flexible multibody dynamics. Journal of Multiscale Computational Engineering, 1(2003), 2&3, 161-180.
• [4] D. GARCIA-VALLEJO, J. MAYO, J.L. ESCALONA, J. DOMINIGUEZ: Three-dimensional formulation of rigid-flexible multibody systems with flexible beam elements. Multibody Systems Dynamics, 20(2008), 1-28.
• [5] I. ADAMIEC-WÓJCIK: Optimization problem for planning a trajectory of a manipulator with a flexible link. Advances in Manufacturing Science and Technology, 34(2010)4, 87-98.
• [6] J. KRUSZEWSKI (Ed.): Metoda sztywnych elementów skończonych. Arkady, Warszawa 1975.
• [7] E. WITTBRODT, I. ADAMIEC-WÓJCIK, S. WOJCIECH: Dynamics of flexible multibody systems. Rigid finite element method, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg 2006.
• [8] J. ŻURADA, M. BARSKI, W. JĘDRUCH: Sztuczne sieci neuronowe, PWN, Warszawa 1996.
• [9] P. FAŁAT, L. BRZOZOWSKA, K. BRZOZOWSKI: Application of object oriented neural network to control motion of the load of a sea crane. Int. Scientific Journal of Computing, 4(2005)3, 30-36.
• [10] Z. HENDZEL, M.WERESZCZAK: Neuronowa realizacja ruchu mobilnego robota kołowego. Proc. Conf. on Theory of Machines and Mechanisms, Bielsko-Biała 2008.
• [11] I. ADAMIEC-WÓJCIK, K. BRZOZOWSKI, K. WARWAS: Artificial neural network to control braking moments on wheels of an articulated vehicle. Proc. Int. Conf. Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems, Ronde 2009.
• [12] J.J. CRAIG: Introduction to Robotics. Addison-Wesley, Massachusetts 1988.
• [13] S. OSSOWSKI: Sieci neuronowe w ujęciu algorytmicznym. WNT, Warszawa 1996.