طراحي مسير بهينه يك بازوي مكانيكي ماهر با پايه متحرك براي عبور از ميان موانع فضايي

Optimal Trajectory Planning of a Mobile Robot with Spatial Manipulator For Spatial Obstacle Avoidance

در اين تحقيق روشي براي طراحي مسير يك سيستم ربات پايه متحرك فضايي شامل پايه غيرهلونوميك و بازوي سه عضوي در حضور موانع ثابت و متحرك ارايه شده است. در اينجا از توابع پيوسته و هموار مانند توابع چندجمله‌اي به منظور مسيريابي ربات استفاده شده است. روش ارايه شده شامل به دست آوردن تاريخچه زماني حركت محرك‌هاي ربات مي‌شود كه تحت رفتار اين محرك‌ها، ربات به پيكربندي نهايي خود مي‌رسد. پايه به‌كار رفته در اين تحقيق، پايه با رانش ديفرانسيلي است كه از انواع پركاربرد پايه‌هاست. بازوي مكانيكي واقع بر پايه نيز بازوي سه درجه آزادي فضايي است. تركيب بازو و پايه باعث مي‌شود كه ربات در فضاي كاري وسيع تري عمل كند. هر چند بررسي اين نوع سيستم‌ها شامل بررسي مسيله به نام افزونگي درجات آزادي مي‌شود كه به پيچيدگي مسيله مي‌افزايد، ولي افزونگي درجات آزادي در ربات، قابليت‌هاي ويژه‌اي از نظر كاربردي براي آنها ايجاد مي‌كند. در ربات‌هاي داراي افزونگي درجات آزادي در يك فضاي كاري مشخص، مسيرهاي متعددي براي ربات وجود دارد. يك راه براي انتخاب يك مسير مناسب از بين مسيرهاي ممكن، انتخاب يك انديس مناسب و بهينه كردن آن است. نتايج عددي و نمودارها جهت طراحي مسير بهينه براي يك مجموعه ربات پايه متحرك در حضور موانع با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك آورده شده است. موانع به‌كار رفته در مسيله نيز فضايي بوده و موانع ثابت و متحرك را شامل مي‌شود.

Mobile robots that consist of a mobile platform with one or many manipulators mounted on it are of great interest in a number of applications. Combination of platform and manipulator causes robot operates in extended work space. The analysis of these systems includes kinematics redundancy that makes more complicated problem. However, it gives more feasibility to robotic systems because of the existence of multiple solutions in specified workspace. This paper presents a methodology for generating paths and trajectories for both the mobile platform and a 3DOF manipulator mounted on it, in the presence of obstacles. Obstacles add kinematics constraint into optimization problem. The method employs smooth and continuous functions such as polynomials. The proposed method includes obtaining time history of motion of mobile robot. It is supposed obstacles can be enclosed in cylinders. Platform that has been used in this research is a differentially-driven platform. The core of the method is based on mapping the non-holonomic constraint to a space where it can be satisfied trivially. A suitable criterion can be used to solve an optimization problem to find the optimal solution. In this research, the problem of path planning with simultaneous optimization of kinematics and dynamic indices has been accomplished using genetic algorithm in order to find the global optimum solution. The validity of the methodology is demonstrated by using a differential-drive mobile manipulator system, and various simulations of platform with a spatial 3-link manipulator are presented to show the effectiveness of the presented method.