Algorytm skalowania prędkości dla trajektorii w przestrzeni zadań

• Autorzy: Wojtyra Marek , Woliński Łukasz

Warianty tytułu

EN

On-line velocity scaling algorithm for task space trajectories

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia nowy algorytm skalowania trajektorii, umożliwiający planowanie ruchu w przestrzeni zadań, pozwalający na uwzględnienie fizycznych możliwości manipulatora w postaci ograniczeń nakładanych na prędkości i przyspieszenia w przestrzeni złączowej. W odróżnieniu od klasycznego algorytmu skalowania, który jednolicie skaluje całą trajektorię i musi być wykonany przed rozpoczęciem ruchu, proponowany algorytm może być realizowany online, a skalowanie jest stosowane tylko do części planowanej trajektorii. W proponowanym podejściu ruch jest analizowany w przyjętym horyzoncie predykcji. Klasyczne podejście do skalowania zostało zmodyfikowane w taki sposób, że skalowanie jest wykonywane tylko wtedy, gdy w horyzoncie predykcji wykryte zostanie naruszenie ograniczeń nałożonych na prędkości lub przyspieszenia złączowe. W artykule omówiono podstawy działania algorytmu, a następnie przedstawiono jego szczegóły. Przedstawiono przykład skalowania trajektorii dotyczący manipulatora o dwóch stopniach swobody poruszającego się w pobliżu konfiguracji osobliwej.

EN

A new trajectory scaling algorithm is presented. The algorithm allows for planning a task space trajectory while considering the manipulator’s physical capabilities in terms of limits for joint space velocities and accelerations. Contrary to the classic scaling algorithm which scale the whole trajectory uniformly and has to be executed before the motion starts, the proposed algorithm can be executed online, and the scaling is applied only to the part of the planned trajectory. In the proposed approach, the planned motion is analyzed in a specified prediction horizon. Theoretical basics of the classic trajectory scaling method are adapted in such a way that the scaling is performed only when the analysis detects a violation of joint velocity or acceleration constraints at the prediction horizon. In this paper, the underlying ideas are introduced and discussed, then the core formulae of the algorithms are detailed. An example of scaling a trajectory of a 2-DOF manipulator in the vicinity of a boundary singularity is presented.

Słowa kluczowe

PL

teoria maszyn; teoria układów mechatronicznych; algorytm skalowany; trajektoria

EN

machine theory; theory of mechatronic systems; determine algorithm; trajectory

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika
• Rocznik: 2022
• Tom: z. 197, t. 2
• Strony: 213--222
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Wojtyra Marek

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

autor

Woliński Łukasz

• Politechnika Warszawska, Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

Bibliografia

• 1. L. Biagiotti, C. Malchiorri. Trajectory Planning for Automatic Machines and Robots. Springer, Berlin, Heidelberg 2008.
• 2. J.E. Bobrow, S. Dubowsky, J.S. Gibson. Time-optimal control of robotic manipulators along specified paths. The Int. J. of Robotics Research, 1985, wolumen 4, numer 3, s. 3-17.
• 3. X. Broquere, D. Sidobre, I. Herrera-Aguilar. Soft motion trajectory planner for service manipulator robot. In: IROS 2008. Proceedings, Sept. 2008, s. 2808-2813.
• 4. O. Dahl, L. Nielsen. Torque-limited path following by online trajectory time scaling. IEEE Trans. Robot. Autom., Oct, 1990, wolumen 6, numer 5, s. 554-561.
• 5. M. Faroni, M. Beschi, A. Visioli. Predictive inverse kinematics for redundant manipulators: Evaluation in re-planning scenarios. IFAC-PapersOnLine, Aug, 2018, wolumen 55, numer 22, s. 238-243.
• 6. O. Gerelli, C. Guarino Lo Bianco. Nonlinear variable structure filter for the online trajectory scaling. IEEE Trans. Ind. Electron., Oct, 2009, wolumen 56, numer 10, s. 3921-3930.
• 7. C. Guarino Lo Bianco, F.M. Wahl. A novel second order filter for the real-time trajectory scaling. In: ICRA 2011. Proceedings, May, 2011, s. 5813-5818.
• 8. R. Haschke, E. Weintnauer, H. Ritter. On-line planning of time-optimal, jerk-limited trajectories. In: IROS 2008. Proceedings, Sept, 2008, s. 3248-3253.
• 9. J.M. Hollerbach. Dynamic scaling of manipulator trajectories. In: 1983 American Control Conference. Proceedings, June, 1983, s. 752-756.
• 10. D. Kaserer, H. Gattringer, A. Muller. Nearly optimal path following with jerk and torque rate limits using dynamic programming. IEEE Transactions on Robotics, 2019, wolumen 35, numer 2, s. 521-528.
• 11. T. Kroger, A. Tomiczek, F.M. Wahl. Towards on-line trajectory computation. In: IROS 2006.Proceedings, Oct, 2006, s. 736-741.
• 12. F. Lange, a. Albu-Schaffer. Iterative path-accurate trajectory generation for fast sensor-based motion od robot arms. Advanced Robotics, 2016, wolumen 30, numer 21, s. 1380-1394.
• 13. F. Lange, a. Albu-Schaffer. Path-accurate online trajectory generation for jerk-limited industrial robots. IEEE Robot. Autom. Lett., Jan, 2016, wolumen 1, numer 1, s. 82-89.
• 14. K. shin, N. McKay. A dynamic programming approach to trajectory planning of robotic manipulators. IEEE Trans. on Automatic Control, 1986, wolumen 31, numer 6, s. 491-500.
• 15. M. Wojtyra, Ł. Woliński. Proposition of on-line velocity scaling algorithm for task space trajectories. In: ROMANSY 23 – Robot Design, Dynamics and Control. Proceedings red. G. Venture, J. Solis, Y. Takeda, Cham, Springer, 2021, s. 423-431.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).