Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Forward and inverse kinematics solution of a robotic manipulator using a multilayer feedforward neural network

Sharkawy Abdel-Nasser

Journal of Mechanical and Energy Engineering

|

2022

|

Vol. 6, No 2

1--17

EN

In this paper, a multilayer feedforward neural network (MLFFNN) is proposed for solving the problem of the forward and inverse kinematics of a robotic manipulator. For the forward kinematics solution, two cases are presented. The first case is that one MLFFNN is designed and trained to find solely the position of the robot end-effector. In the second case, another MLFFNN is designed and trained to find both the position and the orientation of the robot end-effector. Both MLFFNNs are designed considering the joints’ positions as the inputs. For the inverse kinematics solution, a MLFFNN is designed and trained to find the joints’ positions considering the position and the orientation of the robot end-effector as the inputs. For training any of the proposed MLFFNNs, data is generated in MATLAB using two different cases. The first case is that data is generated assuming an incremental motion of the robot’s joints, whereas the second case is that data is obtained with a real robot considering a sinusoidal joint motion. The MLFFNN training is executed using the Levenberg-Marquardt algorithm. This method is designed to be used and generalized to any DOF manipulator, particularly more complex robots such as 6-DOF and 7-DOF robots. However, for simplicity, this is applied in this paper using a 2-DOF planar robot. The results show that the approximation error between the desired output and the estimated one by the MLFFNN is very low and it is approximately equal to zero. In other words, the MLFFNN is efficient enough to solve the problem of the forward and inverse kinematics, regardless of the joint motion type.

2

Projekt i wykonanie czterokołowego robota z wykorzystaniem kinematyki odwrotnej

Szywalski Patryk, Waindok Andrzej

Śląskie Wiadomości Elektryczne

|

2019

|

Nr 4 (126)

12--15

PL

W artykule opisano projekt oraz wykonanie robota czterokołowego. Do budowy urządzenia wykorzystano klocki Lego Technic. Do sterowania wykorzystano Raspberry Pi2 wraz z dołączonymi rozszerzeniami. Urządzenie zostało zbudowane w celu zdalnego monitoringu mieszkania. Pojazd posiada kamerę, której obraz rejestrowany jest na serwerze.

EN

A project and construction of a four-wheel robot were presented in the paper. Lego Technic bricks were used to build the device. The main controller is based on the Raspberry Pi2 board with additional modules. The device was built for remote monitoring of the flat. The device | has a camera whose video is registered on an external server.

3

An exoskeleton arm optimal configuration determination using inverse kinematics and genetic algorithm

Głowiński Sebastian, Błażejewski Andrzej

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2019

|

Vol. 21, no. 1

45--53

EN

This paper deals with the kinematic modelling of an arm exoskeleton used for human rehabilitation. The biomechanics of the arm was studied and the 9 Degrees of Freedom model was obtained. The particular (optimal) exoskeleton arm configuration is needed, depending on patient abilities and possibility or other users activity. Methods: The model of upper arm was obtained by using Denavit–Hartenberg notation. The exoskeleton human arm was modelled in MathWorks package. The multicriteria optimization procedure was formulated to plan the motion of trajectory. In order to find the problem solution, an artificial intelligence method was used. Results: The optimal solutions were found applying a genetic algorithm. Two variants of motion with and the visualization of the change of joints angles were shown. By the use of genetic algorithms, movement trajectory with the Pareto-optimum solutions has been presented as well. Creating a utopia point, it was possible to select only one solution from Pareto-optimum results. Conclusions: The obtained results demonstrate the efficiency of the proposed approach that can be utilized to analyse the kinematics and dynamics of exoskeletons using the dedicated design process. Genetic algorithm solution could be implemented to command actuators, especially in the case of multi-criteria problems. Moreover, the effectiveness of this method should be evaluated in the future by real experiments.

4

Badania symulacyjne robota mobilnego kroczącego po schodach

Sperzyński P., Szrek J., Muraszkowski A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2018

|

T. 36, nr 67

58--65

PL

Roboty kołowo-kroczące są platformami hybrydowymi powstałymi z połączenia robotów kołowych i kroczących. Łączą wiele zalet obydwu typów lokomocji. Napęd jazdy pozwala na przemieszczanie się robota z dużymi prędkościami, natomiast, gdy robot napotka przeszkody uniemożliwiające ich ominięcie, może pokonać je, krocząc. W pracy przedstawiono symulację ruchu robota, podczas gdy napotyka na swojej drodze schody standardowych rozmiarów. Pokonanie takiej przeszkody jest trudne, ponieważ należy zachować stabilność platformy podczas podnoszenia kończyn. W celu analizy ruchu zbudowano model komputerowy robota w programie MSC Adams. Przedstawiona analiza pozwoli w przyszłości na zaplanowanie i wykonanie eksperymentu polegającego na wejściu robota na schody i dalszą analizę algorytmów kroczenia.

EN

Wheel-legged robots are hybrid platforms build upon combination of wheeled rovers and walking robots. Bonds many advantages of both kinds of locomotion. Wheel drive allows high speed maneuvers, when actuated limbs allows robot to overcome obstacles higher than wheel’s radius. In the paper, simulation of the robot climbing the stairs has been presented. Negotiating such obstacle brings many difficulties due to need of ensuring continuously stability of robot’s platform. In order to analyze robot motion, numerical model in MSC Adams has been created. In the future, presented analysis allows to prepare experiment and verify current result.

5

A fast evaluation of initial configurations in repeatable inverse kinematics for redundant manipulators

Duleba I., Karcz-Duleba I., Mielczarek A.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2018

|

Vol. 28, no. 3

483--492

EN

A repeatable inverse kinematic task in robot manipulators consists in finding a loop (cyclic trajectory) in a configuration space, which corresponds to a given loop in a task space. In the robotic literature, an entry configuration to the trajectory is fixed and given by a user. In this paper the assumption is released and a new, indirect method is introduced to find entry configurations generating short trajectories. The method avoids a computationally expensive evaluation of (infinite) many entry configurations for redundant manipulators (for each of them, repeatable inverse kinematics should be run). Some fast-to-compute functions are proposed to evaluate entry configurations and their correlations with resulting lengths of trajectories are computed. It appears that only an original function, based on characteristics of a manipulability subellipsoid, properly distinguishes entry configurations that generate short trajectories. This function can be used either to choose one from a few possible entry configurations or as an optimized function to compute the best initial configuration.

6

Sterowanie awatarem człowieka przez aproksymację pozy osoby zanurzonej w środowisku wirtualnym za pomocą systemu wizyjnego i kinematyki odwrotnej

Welenc H., Jankowski J.

Przegląd Mechaniczny

|

2017

|

nr 9

62--64

PL

Projektowanie wysokiej jakości środowisk wirtualnych przeznaczonych do edukacji w zakresie bezpieczeństwa pracy wymaga uwzględnienia aspektu bezpiecznego poruszania się w obrębie symulowanego stanowiska. Do osiągnięcia tego celu niezbędne jest stworzenie numerycznego modelu ludzkiego ciała, który naśladuje ruchy osoby szkolonej w wirtualnym świecie. W opracowaniu zostanie przedstawiona technika przechwytywania przybliżonej pozy człowieka i jej przenoszenia na wirtualny model ciała ludzkiego, optymalna dla szkolenia wielu osób jednocześnie.

EN

The design of high-quality VR environments concerned about the issue of labour safety requires considering the aspect of safe moving within the simulated workstation. To achieve this creation of numeric model of the human body that mimics the motion of a person trained within a virtual world is mandatory. In this paper a technique, that concerns the acquisition of approximated pose of a human body and transfering said pose into the virtual model of a human body, optimal for training many people simultaneously, will be presented

7

Modelling kinematics of a loading crane with a redundant kinematic structure

Herbin P., Pajor M.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2017

|

no. 3

31--35

EN

The control of the loading crane in the classic method is based on the motion of individual kinematic pairs by changing the position of the valves of hydraulic cylinders. This article presents control methods for controlling the position of a loading crane end effector in Cartesian coordinates. The described mathematical models and simulation studies of the developed crane control algorithms have been implemented in the Matlab Simulink environment.

PL

Sterowanie żurawiem przeładunkowym w klasyczny sposób polega na zadawaniu ruchu w poszczególnych parach kinematycznych konstrukcji nośnej za pomocą zmiany położenia zaworów kolejnych siłowników. W niniejszym artykule przedstawiono sposoby sterowania umożliwiające kontrolę ruchu końcówki roboczej żurawia przeładunkowego we współrzędnych kartezjańskich. Omawiane modele matematyczne oraz badania symulacyjne opracowanych algorytmów sterowania żurawiem zaimplementowano w środowisku Matlab Simulink.

8

Prototyp manipulatora do zadań specjalnych

Świstak Ł., Szrom D., Szlachta A.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 38

69--72

PL

W pracy opisano prototyp manipulatora przeznaczonego do pracy w warunkach szkodliwych. Przedstawiono strukturę oraz funkcjonalność manipulatora. Przedstawiany w artykule prototyp manipulator pozwala studentom zapoznać się z zagadnieniami kinematyki odwrotnej oraz konfiguracji osobliwej Prototyp manipulatora został wykonany w skali 1:5. Opracowany system składa się z konstrukcji manipulatora, wraz ze sterownikiem i modułem Bluetooth oraz aplikacją do obsługi robota.

EN

The work describes a prototype manipulator designed to work under harmful conditions. The prototype of manipulator enables students to familiarize with problems of inverse kinematics and singular configuration was presented. Developed manipulator has been built at a scale of 1:5. The article presents the structure and functionality of the manipulator. The developed system consists of wireless communication by Bluetooth and control system. The application window, which was written in C #, is dedicated to communicate with the manipulator. Control of manipulator is carried out in three modes of operation.

9

Integracja czujników inercyjnych z konstrukcją robota humanoidalnego cz. II

Świątek-Brzeziński P., Kosiński P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2013

|

R. 59, nr 1

47--50

PL

W niniejszym artykule przedstawiono algorytmy sterowania robotem humanoidalnym firmy Futaba. Zaprezentowano wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych, jako alternatywnego sposobu obliczenia kinematyki odwrotnej oraz wykorzystanie środowiska Microsoft Robotics Developer Studio do tworzenia złożonych, wielowątkowych aplikacji szeroko stosowanych w robotyce. Ponadto pokazano zastosowanie środowiska symulacyjnego VSE (Visual Simulation Environment) w procesie prototypowania algorytmów sterujących.

EN

This paper presents a control system for a Futaba humanoid robot [1]. It is equipped with a controller board based on a microcontroller with an ARM7TDMI core, a full set of inertial sensors and a 2.4 GHz wireless communication module. The controller uses the wireless communication module to send information about the robot state to a PC on which the controlling application is run. This paper focuses on the software part of the presented system (the hardware part has been presented in the first part of this paper). In order to develop a controlling algorithm, an analysis of robot kinematics was made and equations for direct kinematics were derived in consistency with the Denavit-Hartenberg convention. To eliminate the necessity of designating equations for inverse kinematics, which can be very complex due to the kinematic redundancy of the robot, an artificial neural network was used (Fig. 2). The application was written using the Microsoft Robotics Developer Studio designed for creating complex, multithread, distributed and scalable applications used in robotics. The application uses the data acquired by radio to implement the walking and balance-keeping algorithms. For visualization of the robot movement, testing and development of the algorithms without the risk of damaging the robot, a simulation in the Visual Simulation Environment, a part of the Microsoft Robotics Developer Studio, was created. A 3D model of the robot was used in this simulation (Fig. 4).

10

A comparison of Jacobian-based methods of inverse kinematics for serial robot manipulators

Dulęba I., Opałka M.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2013

|

Vol. 23, no. 2

373--382

EN

The objective of this paper is to present and make a comparative study of several inverse kinematics methods for serial manipulators, based on the Jacobian matrix. Besides the well-known Jacobian transpose and Jacobian pseudo-inverse methods, three others, borrowed from numerical analysis, are presented. Among them, two approximation methods avoid the explicit manipulability matrix inversion, while the third one is a slightly modified version of the Levenberg–Marquardt method (mLM). Their comparison is based on the evaluation of a short distance approaching the goal point and on their computational complexity. As the reference method, the Jacobian pseudo-inverse is utilized. Simulation results reveal that the modified Levenberg–Marquardt method is promising, while the first order approximation method is reliable and requires mild computational costs. Some hints are formulated concerning the application of Jacobian-based methods in practice.

11

Zastosowanie metody elastycznej wstęgi w powtarzalnym algorytmie kinematyki odwrotnej manipulatorów

Dulęba I., Opałka M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2012

|

z. 182, t. 2

351--356

PL

W referacie przedstawiono metodę suboptymalnego rozwiązania zadania powtarzalnej kinematyki odwrotnej manipulatorów z wykorzystaniem idei metody elastycznej wstęgi. Zaproponowaną koncepcję zilustrowano na przykładzie trójwahadła planarnego, a rezultaty porównano z metodą jakobianu pseudoodwrotnego, nie gwarantującego powtarzalności.

EN

In this paper the idea of the elastic band method was exploited to design a repeatable inverse kinematics algorithm for robot manipulators. The method incorporates an optimization process at many stages of its performance and admits many extensions.

12

Modelowanie kinematyki mobilnego robota transportowego

Stania M., Stetter R., Posiadała B.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2011

|

z. 4/85

73--84

PL

W pracy przedstawiono zagadnienie modelowania kinematyki ruchu autonomicznego pojazdu transportowego skonstruowanego na Uczelni Hochschule Ravensburg-Weingarten. W pracy sformułowano i rozwiązano zagadnienie proste jak i odwrotne kinematyki 8-kołowego autonomicznego pojazdu transportowego oraz przedstawiono przykładowe wyniki symulacyjne reprezentujące zmiany poszczególnych parametrów ruchu. W modelu kinematyki uwzględniono zjawisko kontaktu pomiędzy podłożem a kołem napędowym. Przy rozwiązywaniu zadania odwrotnej kinematyki założono tor ruchu oraz prędkość wybranego punktu należącego do platformy. Model prosty kinematyki został opracowany w celu zweryfikowania poprawności opracowanego modelu kinematyki. Przedstawione wyniki symulacyjne wykazują zgodność opracowanych modeli kinematyki badanego obiektu. Opracowane modele pozwalają na prowadzenie analiz ruchu obiektu poprzez badania symulacyjne na podstawie zaproponowanego modelu obliczeniowego.

EN

Modeling problem connected with the autonomous transport vehicle designed at Hochschule Ravensburg-Weingarten has been presented in the paper. The forward and inverse kinematics problem of eight-wheeled autonomous transport vehicle have been formulated and solved as well as the example simulation results representing the changes of individual motion parameters have been showed. Contact phenomenon between foundation and drive wheel has been taken into account in the kinematics model. Motion trajectory and velocity of the selected point belonging to the platform have been intended during the inverse kinematics problem has been solved. The forward kinematics problem has been worked out in order to do verification of correctness of studied kinematics model. The presented simulation results point out compatibility the worked out kinematics model of investigated object. The worked out models allow carrying out analysis of object motion through simulation investigations on the basis of proposed computational model.

13

Wektorowo - punktowa metoda rozwiązywania odwrotnego zadania kinematyki robota FANUC AM100iB

Świder J., Zbilski A.

Modelowanie Inżynierskie

|

2011

|

T. 11, nr 42

427-432

PL

Artykuł zawiera opis sposobu rozwiązywania odwrotnego zadania kinematyki robota FANUC AM100iB. Metoda bazuje na zapisie położeń przegubów oraz ramion robota za pomocą punktów i wektorów. Do wyznaczania wartości współrzędnych naturalnych robota zastosowano typowe operacje na wektorach.

EN

In the paper the possible way to solve inverse kinematic problem of FANUC AM100iB robot is presented. Method based on describing robots joints and arms positions using characteristic points and vectors. Values of natural coordinates of robot are calculated using typical operations on vector.

14

The uncomputing approach to the robot-manipulator movements planning in environment with obstacles

Krak I.V., Barmak O.

Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2010

|

nr 3

20-24

EN

The new approach for organization of robot-manipulator movements planning in environment with obstacles which uses associative memory is realized on a Hamming neural network, with the help of which created database of allowable condition gets out (instead of the necessary configuration of system is calculated).

PL

Rozpatruje sie nowe podejście do organizacji planowania ruchu systemów manipulacyjnych w środowisku z przeszkodami. Wykorzystuje się połączoną pamięć realizowana z pomocą sieci neuronowych Hamminga. Z pomocą sieci neuronowej powstałej z bazy danych dopuszczalnych stanów systemu manipulacyjnego wybiera się (a nie oblicza się) niezbędną konfigurację.

15

Approximation of Jacobian inverse kinematics algorithms

Tchoń K., Karpińska J., Janiak M.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2009

|

Vol. 19, no 4

519-531

EN

This paper addresses the synthesis problem of Jacobian inverse kinematics algorithms for stationary manipulators and mobile robots. Special attention is paid to the design of extended Jacobian algorithms that approximate the Jacobian pseudoinverse algorithm. Two approaches to the approximation problem are developed: one relies on variational calculus, the other is differential geometric. Example designs of the extended Jacobian inverse kinematics algorithm for 3DOF manipulators as well as for the unicycle mobile robot illustrate the theoretical concepts.

16

Programowanie robota Robix z manipulatorem OOO4

Szkodny T., Kamiński A.

Zeszyty Naukowe. Automatyka / Politechnika Śląska

|

2008

|

z. 150

231-240

PL

Praca przedstawia charakterystykę oprogramowania robota Robix, umożliwiającego planowanie i realizację trajektorii zewnętrznych. Robot wyposażony jest w manipulator o strukturze łańcucha kinematycznego szeregowego otwartego OOO (z trzema parami obrotowymi). Wyprowadzono równania kinematyki prostej i odwrotnej w postaci globalnej. Równania kinematyki odwrotnej posłużyły do opracowania algorytmu planowania trajektorii. Algorytm ten stanowił podstawę do zaprojektowania programu sterowania robotem.

EN

In this work the characteristics of the Robix robot programming is presented. The planning and realization of Cartesian trajectories by this robot is possible by means of the programming The manipulator in form of several kinematic chain with three DOF has the robot. The equations describing the direct and inverse kinematics problem were derived. The equations have global form. The computer application steering of the robot was designed on the base of these equations.

17

Zupełność algorytmu kinematyki odwrotnej typu jakobianu dołączonego dla manipulatorow mobilnych

Małek Ł.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2008

|

z. 166, t. 1

275-284

PL

Artykuł zawiera twierdzenie gwarantujące zupełność algorytmu jakobianu dołączonego dla manipulatorów mobilnych na podstawie zupełnosci tego algorytmu dla samej platformy mobilnej. W oparciu o to twierdzenie udowodniono zupełność algorytmu jakobianu dołączonego dla monocykla z manipulatorem pokładowym 2R. Wyniki teoretyczne zostały zilustrowane symulacjami komputerowymi.

EN

In this paper we present a proof of completeness of the adjoint Jacobian algorithm for mobile manipulators. Using this proof we show the completeness of the adjoint Jacobian algorithm for the unicycle and for the unicycle with the onboard 2R manipulator.

18

Przybliżony jakobianowy algorytm kinematyki odwrotnej dla manipulatora mobilnego

Janiak M., Tchoń K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2008

|

z. 166, t. 1

265-274

PL

W pracy rozważa się problem redukcji złożoności obliczeniowej jakobianowych algorytmów kinematyki odwrotnej dla manipulatorów mobilnych. Ograniczenie nakładów obliczeniowych niezbędnych na rozwiązanie zadania odwrotnego uzyskuje się poprzez zastąpienie dokładnej procedury obliczającej jakobian analityczny manipulatora mobilnego, procedurę wyznaczającą jego przybliżenie. Do aproksymacji jakobianu zastosowano formułę Broydena działającą według metody siecznych i zasady najmniejszej zmiany. Skuteczność algorytmu z aproksymacją jakobianu zilustrowano na przykładzie algorytmu jakobianu pseudoodwrotnego i manipulatora mobilnego typu samochód kinematyczny z zainstalowanym na pokładzie manipulatorem stacjonarnym o strukturze RTR.

EN

We study the problem of complexity reduction of inverse kinematics algorithms for mobile manipulators. For the problem solution we propose a Jacobian approximation procedure. We adopt Broyden's "good update formula" for the Jacobian approximation, based on the secant method and the least change principle. Performance of the algorithm has been illustrated with simulations on a kinematic car-type platform endowed with a 3-dof manipulator.

19

Powtarzalne jakobianowe algorytmy kinematyki odwrotnej

Tchoń K., Janiak M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2008

|

z. 166, t. 1

255-264

PL

Przedmiotem pracy jest synteza powtarzalnych algorytmów kinematyki odwrotnej dla kinematyk redundantnych. Rozważane odwzorowania kinematyczne opisują manipulatory stacjonarne lub są skończenie wymiarowymi reprezentacjami kinematyki manipulatorów mobilnych. W pracy analizuje się dwie metody syntezy algorytmów powtarzalnych, przyjmując w obu przypadkach za punkt wyjścia algorytm typu jakobianu pseudoodwrotnego. Pierwsza metoda polega na uzupełnieniu tego algorytmu w taki sposób, by w rezultacie został spełniony warunek całkowalności stowarzyszonej dystrybucji. Druga metoda sprowadza się do skonstruowania algorytmu typu jakobianu rozszerzonego aproksymującego w sposób optymalny algorytm typu jakobianu pseudodowrotnego. W obu przypadkach algorytm powtarzalny uzyskuje się przez rozwiązanie pewnego cząstkowego równania różniczkowego. Procedurę syntezy algorytmów powtarzalnych zilustrowano w sposób analityczny i przy pomocy symulacji komputerowych na przykładzie manipulatora o trzech stopniach swobody.

EN

The paper addresses the synthesis problem of repeatable inverse kinematics algorithms for the redundant kinematics. The kinematic maps under consideration refer to either stationary manipulators or to finite dimensional representations of kinematics of mobile manipulators. Two synthesis methods are studied; both of them assume as a starting point the Jacobian pseudoinverse. Method 1 consists in completing the Jacobian pseudoinverse algorithm that results in the integrability of the associated distribution. Method 2 provides an extended Jacobian inverse kinematics algorithm approximating, in an optimal manner, the Jacobian pseudoinverse. In both cases the repeatable inverse kinematics algorithm is obtained as a solution of a certain partial differential equation. The synthesis procedure has been illustrated analytically and by computer simulations with an example of a 3 degree-of-freedom manipulator.

20

Zaawansowane techniki animacji trójwymiarowych modeli szkieletowych w środowisku FRS

Mysłek T., Grudziński T., Ross J.

Studia Informatica

|

2006

|

Vol. 27, nr 1

41-54

PL

W publikacji wyjaśniono ideę animowania modeli trójwymiarowych za pomocą danych szkieletowych oraz opisano sposoby automatycznej generacji animacji. W ramach przedstawiania metod automatycznej generacji animacji zostały opisane problemy kinmematyki prostej oraz opisano algorytm przybliżonego rozwiązywania problemu kinematyki odwrotnej.

EN

The paper discusses the idea of the animation of a 3-dimensional model by using its skeleton data and also presents some methods of automatic animation generation. During description of methods of automatic animation generation, topics such as forward kinematics and inversed kinematics are mentioned and also the algorithm of approximate solution of invesred kinematics problem is presented.