Article Dans Une Revue Simulation Modelling Practice and Theory Année : 2011

النهج الهندسي للمتلاعبين المستويين الزائدين عن الحاجة: الحركية العكسية وتخطيط المسار ومساحة العمل.

Geometrischer Ansatz planarer hyperredundanter Manipulatoren: Inverse Kinematik, Pfadplanung und Arbeitsbereich.

Geometrical approach of planar hyper-redundant manipulators: Inverse kinematics, path planning and workspace.

Enfoque geométrico de manipuladores planos hiperredundantes: cinemática inversa, planificación de trayectorias y espacio de trabajo.

رویکرد هندسی دستکاری‌کننده‌های بیش از حد مسطح: سینماتیک معکوس، برنامه‌ریزی مسیر و فضای کاری.

Approche géométrique des manipulateurs planaires hyper-redondants : Cinématique inverse, planification de trajectoire et espace de travail.

Геометрический подход плоских гиперизбыточных манипуляторов: обратная кинематика, планирование пути и рабочее пространство.

Résumé

تقدم هذه الورقة طريقة جديدة مصممة لتخطيط حركة المؤثر النهائي في المتلاعبين الزائدين عن الحاجة، مع التركيز على حركياتهم العكسية. يدور المفهوم الأساسي حول حساب الكينماتيكا العكسية هندسيًا لمسار معين، والذي يتكون من نقاط متقاربة. تضمن هذه الطريقة مسارًا سلسًا من خلال الحفاظ على زوايا ثابتة بين الروابط المتجاورة، وبالتالي منع محاور المفاصل من محاذاة وتجنب التفردات - وهي المواضع التي تقيد الحركة. لتقييم مسافة المناور من تكوين التفرد، يتم استخدام مؤشر قابلية التلاعب. بالإضافة إلى ذلك، تعرض هذه الورقة كيفية تحديد مساحة عمل المتلاعب باستخدام الطريقة المقترحة حديثًا. يتم التأكيد على فعالية هذا النهج من خلال عمليات المحاكاة التي أجريت على المتلاعبين المستوي وثلاثي الأبعاد. ويتجلى نجاح هذه الطريقة عند مقارنتها بالنتائج المستمدة من تقنية راسخة استخدمت لتجنب التفرد على مدى العقدين الماضيين - طريقة قياس قابلية التلاعب. من خلال هذا التحليل المقارن، توضح الورقة بشكل مقنع تفوق وكفاءة النهج المقترح لتخطيط المسار في المتلاعبين الزائدين عن الحاجة.

In diesem Artikel wird eine neuartige Methode zur Planung der Bewegung des Endeffektors in hyperredundanten Manipulatoren vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf deren inverser Kinematik liegt. Das Kernkonzept besteht darin, die inverse Kinematik geometrisch für einen gegebenen Pfad zu berechnen, der aus nahe beieinander liegenden Punkten besteht. Die Methode sorgt für eine gleichmäßige Flugbahn, indem sie konsistente Winkel zwischen benachbarten Gliedern beibehält, wodurch verhindert wird, dass Gelenkachsen ausgerichtet werden, und Singularitäten vermieden werden – Positionen, die die Bewegung einschränken. Um den Abstand des Manipulators von einer Singularitätskonfiguration zu bewerten, wird der Manipulierbarkeitsindex verwendet. Darüber hinaus wird in diesem Artikel vorgestellt, wie der Arbeitsbereich des Manipulators mithilfe der neu vorgeschlagenen Methode bestimmt wird. Die Wirksamkeit dieses Ansatzes wird durch Simulationen unterstrichen, die sowohl an planaren als auch an dreidimensionalen Manipulatoren durchgeführt wurden. Der Erfolg dieser Methode wird deutlich, wenn man sie mit den Ergebnissen einer bewährten Technik vergleicht, die in den letzten zwei Jahrzehnten zur Singularitätsvermeidung eingesetzt wurde – der Methode zur Messung der Manipulierbarkeit. Durch diese vergleichende Analyse demonstriert das Papier überzeugend die Überlegenheit und Effizienz des vorgeschlagenen Ansatzes für die Pfadplanung in hyperredundanten Manipulatoren.

This paper introduces a novel method designed for planning the movement of the end-effector in hyper-redundant manipulators, focusing on their inverse kinematics. The core concept revolves around computing the inverse kinematics geometrically for a given path, which consists of closely situated points. The method ensures a smooth trajectory by maintaining consistent angles between adjacent links, thereby preventing joint axes from aligning and averting singularities—positions that restrict motion. To evaluate the manipulator's distance from a singularity configuration, the manipulability index is employed. Additionally, this paper presents how the manipulator's workspace is determined using the newly proposed method. The effectiveness of this approach is underscored through simulations conducted on both planar and three-dimensional manipulators. The success of this method is evident when compared to the results derived from a well-established technique used for singularity avoidance over the past two decades—the manipulability measurement method. Through this comparative analysis, the paper convincingly demonstrates the superiority and efficiency of the proposed approach for path planning in hyper-redundant manipulators.

Este artículo presenta un método novedoso diseñado para planificar el movimiento del efector final en manipuladores hiperredundantes, centrándose en su cinemática inversa. El concepto central gira en torno al cálculo geométrico de la cinemática inversa para una trayectoria determinada, que consta de puntos muy próximos. El método garantiza una trayectoria suave al mantener ángulos consistentes entre enlaces adyacentes, evitando así que los ejes de las articulaciones se alineen y evitando singularidades, posiciones que restringen el movimiento. Para evaluar la distancia del manipulador a una configuración de singularidad, se emplea el índice de manipulabilidad. Además, este artículo presenta cómo se determina el espacio de trabajo del manipulador utilizando el método recientemente propuesto. La eficacia de este enfoque se pone de relieve mediante simulaciones realizadas en manipuladores planos y tridimensionales. El éxito de este método es evidente cuando se compara con los resultados derivados de una técnica bien establecida utilizada para evitar la singularidad durante las últimas dos décadas: el método de medición de la manipulabilidad. A través de este análisis comparativo, el artículo demuestra de manera convincente la superioridad y eficiencia del enfoque propuesto para la planificación de rutas en manipuladores hiperredundantes.

این مقاله روش جدیدی را معرفی می‌کند که برای برنامه‌ریزی حرکت اثر پایانی در دستکاری‌کننده‌های بیش از حد، با تمرکز بر سینماتیک معکوس آنها طراحی شده است. مفهوم اصلی حول محاسبه سینماتیک معکوس به صورت هندسی برای یک مسیر مشخص است که از نقاط نزدیک به هم تشکیل شده است. این روش با حفظ زوایای ثابت بین پیوندهای مجاور، یک مسیر صاف را تضمین می کند، در نتیجه از تراز شدن محورهای مفصلی و جلوگیری از تکینگی ها - موقعیت هایی که حرکت را محدود می کنند - جلوگیری می کند. برای ارزیابی فاصله دستکاری کننده از یک پیکربندی تکینگی، از شاخص دستکاری پذیری استفاده می شود. علاوه بر این، این مقاله نحوه تعیین فضای کاری دستکاری کننده را با استفاده از روش پیشنهادی جدید ارائه می دهد. اثربخشی این رویکرد از طریق شبیه‌سازی‌های انجام‌شده بر روی دستکاری‌کننده‌های مسطح و سه‌بعدی تأکید می‌شود. موفقیت این روش زمانی مشهود است که با نتایج به دست آمده از یک تکنیک به خوبی تثبیت شده برای اجتناب از تکینگی در دو دهه گذشته - روش اندازه‌گیری قابلیت دستکاری - مقایسه شود. از طریق این تحلیل مقایسه ای، مقاله به طور قانع کننده ای برتری و کارایی روش پیشنهادی برای برنامه ریزی مسیر در دستکاری کننده های بیش از حد را نشان می دهد.

Cet article présente une nouvelle méthode conçue pour planifier le mouvement de l'effecteur final dans des manipulateurs hyper-redondants, en se concentrant sur leur cinématique inverse. Le concept de base tourne autour du calcul géométrique de la cinématique inverse pour un chemin donné, constitué de points rapprochés. La méthode garantit une trajectoire fluide en maintenant des angles cohérents entre les maillons adjacents, empêchant ainsi les axes articulaires de s'aligner et d'éviter les singularités, c'est-à-dire les positions qui restreignent le mouvement. Pour évaluer la distance du manipulateur par rapport à une configuration de singularité, l'indice de manipulabilité est utilisé. De plus, cet article présente comment l'espace de travail du manipulateur est déterminé à l'aide de la méthode nouvellement proposée. L'efficacité de cette approche est soulignée par des simulations réalisées sur des manipulateurs planaires et tridimensionnels. Le succès de cette méthode est évident par rapport aux résultats dérivés d’une technique bien établie utilisée pour éviter les singularités au cours des deux dernières décennies : la méthode de mesure de la manipulabilité. Grâce à cette analyse comparative, l'article démontre de manière convaincante la supériorité et l'efficacité de l'approche proposée pour la planification de chemin dans les manipulateurs hyper-redondants.

В этой статье представлен новый метод, предназначенный для планирования движения рабочего органа в сверхрезервированных манипуляторах с упором на их инверсную кинематику. Основная концепция вращается вокруг геометрического расчета обратной кинематики для заданного пути, который состоит из близко расположенных точек. Этот метод обеспечивает плавную траекторию за счет поддержания постоянных углов между соседними звеньями, тем самым предотвращая совмещение осей суставов и предотвращая сингулярности — положения, которые ограничивают движение. Для оценки расстояния манипулятора от конфигурации сингулярности используется индекс манипулятивности. Кроме того, в этой статье показано, как определяется рабочее пространство манипулятора с использованием нового предложенного метода. Эффективность этого подхода подчеркивается моделированием, проводимым как на плоских, так и на трехмерных манипуляторах. Успех этого метода очевиден по сравнению с результатами, полученными с помощью хорошо зарекомендовавшего себя метода, используемого для предотвращения сингулярностей в течение последних двух десятилетий, — метода измерения манипулируемости. Благодаря этому сравнительному анализу статья убедительно демонстрирует превосходство и эффективность предложенного подхода к планированию пути в сверхизбыточных манипуляторах.

Mots clés

Dates et versions

hal-04348821 , version 1 (17-12-2023)

Identifiants

Citer

Samer Yahya, Mahmoud Moghavvemi, Haider A.F. Mohamed. Geometrical approach of planar hyper-redundant manipulators: Inverse kinematics, path planning and workspace.. Simulation Modelling Practice and Theory, 2011, 19 (1), pp.406-422. ⟨10.1016/j.simpat.2010.08.001⟩. ⟨hal-04348821⟩
66 Consultations
0 Téléchargements

Altmetric

Partager

  • More