Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Occlusion-aware collision avoidance trajectory planning with potential collision risk assessment for autonomous vehicle

Qian Yubin, Deng Chengzhi, Xu Jiejie, Qu Xianguo, Song Zhenyu

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2024

|

Vol. 72, nr 4

art. no. e149819

EN

Motion planning for autonomous vehicles relies heavily on perception and prediction results to find a safe, collision-free local trajectory that adheres to traffic rules. However, vehicle perception is frequently limited by occlusion, and the generation of safe local trajectories with restricted perception poses a significant challenge in the field of motion planning. This paper introduces a collision avoidance trajectory planning algorithm that considers potential collision risks, within a hierarchical framework of sampling and optimization. The primary objective of this work is to generate trajectories that are safer and align better with human driver behavior while considering potential collision risks in occluded regions. Specifically, in occlusion scenarios, the state space is discretized, and a dynamic programming algorithm is used for a sampling-based search to obtain initial trajectories. Additionally, the concept of a driving risk field is introduced to describe potential collision risk elements within the human-vehicle-road environment. By drawing inspiration from graph search algorithms, potential collision risk areas are accurately described, and a cost function is proposed for evaluating potential risks in occluded regions. Drivers typically exhibit conservative and cautious driving behavior when navigating through occluded regions. The proposed algorithm not only prioritizes driving safety but also considers driving efficiency, thereby reducing the vehicle’s conservativeness when passing through occlusions. The research results demonstrate that the ego vehicle can actively avoid blind spots and tends to move away from occluded regions, aligning more closely with human driver behavior.

2

Trajectory Planning for Mobile Manipulators with Control Constraints

Pająk Grzegorz, Pająk Iwona

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2023

|

R. 27, nr 2

21--30

EN

This paper presents the method of trajectory planning for mobile manipulators considering limitations resulting from capabilities of robotic system actuators. The fulfillment of control constraints is achieved by introducing virtual control scaling of the robot trajectory in the limited periods of time. Such an approach allows researchers to obtain the trajectories fulfilling control constraints without significantly increasing the time of task execution. The proposed method generates sub-optimal trajectories maximizing the manipulability measure of the robot arm, preserves mechanical and collision avoidance limitations and can be used in real-time trajectory planning. The effectiveness of the presented solution is confirmed by computer simulations involving a mobile manipulator with parameters corresponding to KUKA youBot.

PL

W pracy przedstawiono metodę planowania trajektorii dla manipulatorów mobilnych uwzględniającą ograniczenia wynikające z możliwości układów napędowych robota. Spełnienie ograniczeń na sterowana zostało osiągnięte poprzez wprowadzenie wirtualnego sterowania skalującego trajektorię robota w ograniczonych przedziałach czasu. Takie podejście pozwoliło na uzyskanie trajektorii spełniających ograniczenia na sterowania bez znaczącego wydłużenia czasu realizacji zadania. Zaproponowana metoda generuje sub-optymalne trajektorie maksymalizując miarę manipulowalności ramienia robota, zachowuje ograniczenia mechaniczne oraz warunki unikania kolizji i może być zastosowana do planowania trajektorii w czasie rzeczywistym. Skuteczność zaproponowanego rozwiązania została potwierdzona symulacjami komputerowymi wykonanymi z użyciem mobilnego manipulatora o parametrach odpowiadających robotowi KUKA youBot.

3

Trajectory planning for tractor turning using the trigonometric transition curve

Boryga Marek

Agricultural Engineering

|

2023

|

Vol. 27, No. 1

203--212

EN

This paper presents a method of utilizing a transition curve in planning the movement trajectory of agricultural machinery during the headland turns. The approach involves using the transition curve, whose curvature and tangent angle are described by the trigonometric function. For the designed course, the kinematic quantities, wheel turning angles, and their rates of change were determined for two models of agricultural tractors. The algorithm proposed in this study ensures continuity and smooth changes in the kinematic quantities and can be applied to the trajectory planning of agricultural implements and machines, autonomous vehicles, mobile robots, manipulators, and CNC machines.

PL

W pracy przedstawiono sposób wykorzystania krzywej przejściowej w planowaniu trajektorii ruchu maszyn rolniczych podczas jazdy na uwrociu. Zaplanowano zastosowanie krzywej przejściowej, której krzywizna i kąt stycznej do krzywej opisane są funkcją trygonometryczną. Dla zaplanowanego toru jazdy wyznaczono przebiegi wielkości kinematycznych oraz kąty skręcenia kół i prędkości ich zmian dla dwóch modeli ciągnika rolniczego. Zaproponowany w pracy algorytm, zapewnia ciągłość oraz łagodne zmiany wielkości kinematycznych i może być stosowany do planowania trajektorii ruchu agregatów i maszyn rolniczych, pojazdów autonomicznych, robotów mobilnych, manipulatorów i maszyn CNC.

4

Fast and smooth trajectory planning for a class of linear systems based on parameter and constraint reduction

Liu Guangyu, Wu Shangliang, Zhu Ling, Wang Jiajun, Lv Qiang

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2022

|

Vol. 32, no. 1

11--21

EN

Fast and smooth trajectory planning is crucial for modern control systems, e.g., missiles, aircraft, robots and AGVs. However, classical spline based trajectory planning tools introduce redundant constraints and parameters, leading to high costs of computation and complicating fast and smooth execution of trajectory planning tasks. A new tool is proposed that employs truncated power functions to annihilate some constraints and reduce the number of parameters in the optimal model. It enables solving a simplified optimal problem in a shorter time while keeping the trajectory sufficiently smooth. With an engineering background, our case studies show that the proposed method has advantages over other solutions. It is promising in regard to the demanding tasks of trajectory planning.

5

A trajectory planning based controller to regulate an uncertain 3D overhead crane system

Aguilar-Ibanez Carlos, Suarez-Castanon Miguel S.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2019

|

Vol. 29, no. 4

693--702

EN

We introduce a control strategy to solve the regulation control problem, from the perspective of trajectory planning, for an uncertain 3D overhead crane. The proposed solution was developed based on an adaptive control approach that takes advantage of the passivity properties found in this kind of systems. We use a trajectory planning approach to preserve the accelerations and velocities inside of realistic ranges, to maintaining the payload movements as close as possible to the origin. To this end, we carefully chose a suitable S-curve based on the Bezier spline, which allows us to efficiently handle the load translation problem, considerably reducing the load oscillations. To perform the convergence analysis, we applied the traditional Lyapunov theory, together with Barbalat’s lemma. We assess the effectiveness of our control strategy with convincing numerical simulations.

6

An offline path planning method for autonomous vehicles

Barsi Á., Nyerges Á., Potó V., Tihanyi V.

Production Engineering Archives

|

2018

|

Vol. 19

37--42

EN

Driving a road vehicle is a very complex task in terms of controlling it, substituting a human driver with a computer is a real challenge also from the technical side. An important step in vehicle controlling is when the vehicle plans its own trajectory. The input of the trajectory planning are the purpose of the passengers and the environment of the vehicle. The trajectory planning process has several parts, for instance, the geometry of the path-curve or the speed during the way. Furthermore, a traffic situation can also determine many other parameters in the planning process. This paper presents a basic approach for trajectory design. To reach the aim a map will be given as a binary 2204 x 1294 size matrix where the roads will be defined by ones, the obstacles will be defined by zeros. The aim is to make an algorithm which can find the shortest and a suitable way for vehicles between the start and the target point. The vehicle speed will be slow enough to ignore the dynamical properties of the vehicle. The research is one of the first steps to realize automated parking features in a self-drive car.

7

The agent, state-space model of the mobile robot

Oprzędkiewicz K., Ciurej M., Garbacz M.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2018

|

R. 22, nr 3

41--50

EN

The paper is devoted to present a new agent model of wheeled mobile robot. The proposed model based on nonlinear state space, discrete model of kinematics and employes Braitenberg algorithm to control the robot during move to target with passing obstacles. As a real robot the Khepera robot with IR proximity sensors was considered. The proposed agent model can be generalized onto another similar classes of devices. Results of experiments show that the proposed model correctly describes the behaviour of real device during realization of different jobs, for example obstacle passing.

PL

W artykule zaprezentowano nowy model agentowy kołowego robota mobilnego. Proponowany model bazuje na nieliniowym równaniu stanu opisującym kinematykę robota i wykorzystuje algorytm Braitenberga z zadanym punktem końcowym w celu omijania przeszkód. Jako przykład rzeczywistego robota rozważono robot Khepera III z czujnikami IR do wykrywania i omijania przeszkód. Zaproponowany model agentowy może być uogólniony na inne klasy podobnych urządzeń. Wyniki symulacji pokazują, że zaproponowany model dobrze opisuje zachowanie się rzeczywistego urządzenia podczas realizacji różnych zadań, np. przy omijaniu przeszkód.

8

Analiza więzów manipulatora w zadaniu zrobotyzowanej obróbki mechanicznej dyfuzora

Gierlak P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2016

|

z. 88 [293], nr 3

199--212

PL

Artykuł dotyczy analizy więzów geometrycznych narzuconych na końcówkę roboczą robota manipulacyjnego, którego zadaniem jest realizacja obróbki mechanicznej dyfuzora. Z punktu widzenia teorii sterowania, realizacja omawianego zadania jest traktowana jako sterowanie obiektem z ograniczeniami ruchu. Wymaga to określenia zadanej trajektorii układu sterowania robota rozumianej jako trajektoria pozycyjna oraz siłowa. W pracy zaprezentowano geometrię dyfuzora wraz z opisem matematycznym krawędzi, która ma zostać zatępiona. Podano zestaw więzów naturalnych i sztucznych, pozycyjnych i siłowych dla tego zadania oraz dla zadania wiercenia otworów. Podano sposób wyznaczania trajektorii pozycyjnej i siłowej, która będzie stanowić trajektorię zadaną układu sterowania robota. Zaprezentowano wyniki symulacji generowania trajektorii ruchu końcówki roboczej.

EN

This paper presents the analysis of the geometrical constraints of the robotic manipulator end effector, the task of which is the realisation of the diffuser machining. In terms of control theory, the realisation of this task is considered as a control of an object with partial movement restrictions. It requires determination of the desired trajectory of the robot’s control system understood as so-called position and force trajectory. In this paper the geometry of the diffuser and the mathematical description of edges that will be deburred, are presented. The sets of natural and artificial, position and force constraints for this task and for task of hole drilling are given. The procedure of determining position and force trajectory which will be the reference trajectory of robot’s control system is provided. The simulation results of generating robot’s tip trajectory are presented.

9

Analiza dynamiki układu kinematycznego dźwigniowego z przeładnią kulową do napędu ramienia manipulatora

Gruszka P.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 3CD

203--209

PL

W artykule przedstawiono problematykę syntezy wybranych wymiarów konstrukcyjnych płaskiego mechanizmu dźwigniowego, zawierającego w swej strukturze kinematycznej przekładnię śrubową toczną. Mechanizm ten wykorzystano do napędu ramion równoległoboku przegubowego wchodzącego w skład łańcucha kinematycznego manipulatora antropomorficznego z ortogonalną kiścią sferyczną. Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych dynamiki mechanizmu. Analizie poddano wpływ wybranych wymiarów konstrukcyjnych mechanizmu na przebiegi wymaganych momentów napędowych ramion równoległoboku dla realizacji zadanej trajektorii.

EN

The paper presents the synthesis problem of the selected design dimensions of a flat lever mechanism, containing the ball screw in its kinematic structure. This mechanism is used to drive the arms of the parallelogram joints forming part of the kinematic chain of an anthropomorphic manipulator with the orthogonal spherical wrist. The results of the numerical simulation of dynamics of the mechanism were presented. There were analyzed the influence of the design dimensions of the mechanism on the courses of the required driving torques of the arms of the parallelogram for the implementation of the given trajectory.

10

Model manipulatora o strukturze szeregowej w programach Catia i Matlab

Kocurek Ł., Góra M.

Mechanik

|

2014

|

R. 87, nr 2CD

PL

W pracy opracowano modele manipulatora Fanuc S-420F o strukturze szeregowej z uwzględnieniem jego analizy kinematycznej w środowisku CATIA i Matlab. Otrzymane modele wykorzystano do generowania trajektorii robota we współrzędnych konfiguracyjnych. Wyznaczono zależności współrzędnych kartezjańskich członu roboczego względem podstawy manipulatora od czasu dla zadanego przejścia z położenia A do B. Porównano wyniki uzyskane z modeli utworzonych w środowisku CATIA i Matlab.

EN

Models of Fanuc S-420F serial manipulator for kinematic analysis were formulated in CATIA and Matlab environment. The resulting models were used to generate the manipulator trajectory in joint space. Cartesian coordinates of the robot end-effector were determined in relation to time of passing from pose A to B. The results obtained from the models created in CATIA and Matlab environments were compared.

11

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

Pajak G., Pajak I.

Archive of Mechanical Engineering

|

2014

|

Vol. LXI, nr 1

35--55

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.

12

Motion planning for mobile surgery assistant

Pajak G., Pajak I.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2014

|

Vol. 16, no. 2

11--20

EN

The paper presents a method of motion planning for a mobile manipulator acting as a helper providing the necessary tools or a surgery assistant carrying out pre-planned procedures. Mobility of this system makes it possible to reach the position which will give optimal access to the operating field. The path of the end-effector, determined during operation pre-planning, is defined as a curve parameterized by any scaling parameter, the reference trajectory of a mobile platform is not needed. The motion of the mobile manipulator is planned in order to maximise the manipulability measure, thus to avoid manipulator singularities. The method is based on a penalty function approach and a redundancy resolution at the acceleration level. Constraints connected with the existence of mechanical limits for a given manipulator configuration, collision avoidance conditions and control constraints are considered. 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.

13

Planning of collision-free trajectory for mobile manipulators

Pająk G.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2013

|

Vol. 18, no. 2

475--489

EN

A method of planning sub-optimal trajectory for a mobile manipulator working in the environment including obstacles is presented. The path of the end-effector is defined as a curve that can be parameterized by any scaling parameter, the reference trajectory of a mobile platform is not needed. Constraints connected with the existence of mechanical limits for a given manipulator configuration, collision avoidance conditions and control constraints are considered. The motion of the mobile manipulator is planned in order to maximize the manipulability measure, thus to avoid manipulator singularities. The method is based on a penalty function approach and a redundancy resolution at the acceleration level. A computer example involving a mobile manipulator consisting of a nonholonomic platform and a SCARA type holonomic manipulator operating in a two-dimensional task space is also presented.

14

Trajectory planning of end-effector with intermediate point

Graboś A., Boryga M.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2013

|

Vol. 15, no. 2

182-187

EN

The article presents the Polynomial Cross Method (PCM) for trajectory planning of an end-effector with an intermediate point. The PCM is applicable for designing robot end-effector motion, whose path is composed of two rectilinear segments. Acceleration profile on both segments was described by the 7th-degree polynomial. The study depicts an algorithm for the method and the research results presented as the runs of resultant velocity, acceleration and linear jerk of the stationary coordinate system.

PL

W pracy zaprezentowano metodę PCM (Polynomial Cross Method) do planowania trajektorii ruchu chwytaka z punktem pośrednim. PCM ma zastosowanie do planowania ruchu chwytaka, którego tor składa się z dwóch odcinków prostoliniowych. Profil przyspieszenia na obu odcinkach opisany został wielomianem siódmego stopnia. W pracy przedstawiono algorytm metody oraz wyniki w postaci przebiegów prędkości, przyspieszenia i udaru liniowego.

15

Planar arm movement trajectory formation: an optimization based simulation study

Zadravec M., Matjačić Z.

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2013

|

Vol. 33, no. 2

106--117

EN

Rehabilitation of post stroke patients with upper extremity motor deficits is typically focused on relearning of motor abilities and functionalities requiring interaction with physiotherapists and/or rehabilitation robots. In a point-to-point movement training, the trajectories are usually arbitrarily determined without considering the motor impairment of the individual. In this paper, we used an optimal control model based on arm dynamics enabling also incorporation of muscle functioning constraints (i.e. simulation of muscle tightness) to find the optimal trajectories for planar arm reaching movements. First, we tested ability of the minimum joint torque cost function to replicate the trajectories obtained in previously published experimental trials done by neurologically intact subjects, and second, we predicted the optimal trajectories when muscle constraints were modeled. The resulting optimal trajectories show considerable similarity as compared to the experimental data, while on the other hand, the muscle constraints play a major role in determination of the optimal trajectories for stroke rehabilitation.

16

Opis geometrii ciała dla planowania trajektorii redundantnych narzędzi laparoskopowych

Zwierzyński A.J., Cieślik J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2012

|

z. 182, t. 1

139--148

PL

W artykule zaprezentowano autorską metodę wyznaczania modelu geometrycznego ciała pacjenta. Metodę opracowano dla celów planowania ruchu redundantnych narzędzi laparoskopowych. Model uzyskiwany jest na podstawie serii dwuwymiarowych obrazów kolejnych przekrojów ciała pacjenta uzyskanych z badań CT, MRI. Wyznaczana jest trójwymiarowa przestrzeń wolna, w której możliwe jest bezpieczne prowadzenie narzędzi bez uszczerbku dla zdrowia i życia pacjenta. Celem analizy możliwości ruchu narzędzia wprowadzono pojęcie przestrzeni wolnej, podzielonej na mniejsze elementy – komórki opisane układem liniowym nierówności.

EN

The paper presents an original method for determining the geometric model of the patient's body. The method was developed for motion planning of redundant laparoscopic instruments. Model is obtained with CT, MRI. Is determined the three-dimensional free space, in which the instrument can be safety guided without prejudice to the health of the patient. The purpose of motion analysis and tool capabilities introduced the concept of free space, divided into smaller parts – the cells described system of linear inequalities.

17

Model kinematyczny redundantnego narzędzia laparoskopowego oraz wybrane zagadnienia planowania jego trajektorii

Zwierzyński A. J., Cieślik J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2012

|

z. 182, t. 1

129--138

PL

W artykule zaprezentowano model kinematyczny zrobotyzowanego redundantnego narzędzia laparoskopowego. Z względu na funkcjonalność narzędzie to przykład manipulatora. Rodzaj zastosowania wyklucza klasyczny opis z użyciem przekształceń jednorodnych oraz notacji Denavita-Hartenberga, który stosowany jest dla manipulatorów. Zaprezentowano rozwiązanie opisanego problemu, w którym ruch podzielono na cztery etapy oraz wprowadzono wirtualne pary kinematyczne. Pozwala to na zastosowanie opisu z użyciem przekształceń jednorodnych oraz notacji Denavita-Hartenberga również dla tego rodzaju zastosowań.

EN

This article presents the kinematic model of redundant robot laparoscopic tool. Relevant owing to the functionality of the tool is an example of the manipulator. Type of application excludes the classical description with the use of homogeneous transformations and Denavit-Hartenberg notation, which is normally used for the manipulators. Presented solution of the described problem in which the motion was divided into four stages and introduced virtual kinematic pairs. This allows for the description with the use of homogeneous transformations and Denavit-Hartenberg notation also for such applications.

18

Optimization-based approach to path planning for closed chain robot systems

Szynkiewicz W., Błaszczyk J.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2011

|

Vol. 21, no 4

659-670

EN

An application of advanced optimization techniques to solve the path planning problem for closed chain robot systems is proposed. The approach to path planning is formulated as a "quasi-dynamic" NonLinear Programming (NLP) problem with equality and inequality constraints in terms of the joint variables. The essence of the method is to find joint paths which satisfy the given constraints and minimize the proposed performance index. For numerical solution of the NLP problem, the IPOPT solver is used, which implements a nonlinear primal-dual interior-point method, one of the leading techniques for large-scale nonlinear optimization.

19

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.

20

Algorytmy rozmyte w nawigacji kołowego robota mobilnego

Garbacz M., Zaczyk M.

Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2010

|

T. 14, z. 3/1

429-438

PL

W artykule przedstawiono implementację algorytmu omijania przeszkód dla robota Khepera III, opartego na logice rozmytej. Do realizacji zadania wykorzystano środowisko Matlab/Simulink. Do wykrywania przeszkód wykorzystuje się czujniki zbliżeniowe. Zaimplementowany algorytm rozmyty wyznacza sterowanie robota, wykorzystując pomiary odległości z czujników.

EN

In the article an obstacle avoidance algorithm for mobile robot Khepera III based on fuzzy logic is presented. In this application Matlab/Simulink system is used. Proximity sensors are used to detect obstacles. Presented fuzzy logic algorithm calculate control of robot using information from proximity sensors.