A technique based on adaptive extended jacobians for improving the robustness of the inverse numerical kinematics of redundant robots

The extended Jacobian is a technique for solving the redundancy of redundant robots. It is based on the definition of secondary tasks, through constraint functions that are added to the mapping between joint rates and end-effector's twist. Several approaches showed its potential, applications, and limitations. In general, the constraint functions are a linear combination of basic functions with constant coefficients. This paper proposes the use of adaptive coefficients in such functions by using the conditioning index of the extended Jacobian as a quality measure. A good conditioning index of the extended Jacobian keeps the robot far from singularities and contributes to the solution of the inverse kinematics. In this paper, initially, the extended Jacobian and the proposed algorithm are discussed, and then, two tests in different circumstances are presented in order to validate the proposal

Fast Manipulability Maximization Using Continuous-Time Trajectory Optimization

A significant challenge in manipulation motion planning is to ensure agility in the face of unpredictable changes during task execution. This requires the identification and possible modification of suitable joint-space trajectories, since the joint velocities required to achieve a specific endeffector motion vary with manipulator configuration. For a given manipulator configuration, the joint space-to-task space velocity mapping is characterized by a quantity known as the manipulability index. In contrast to previous control-based approaches, we examine the maximization of manipulability during planning as a way of achieving adaptable and safe joint space-to-task space motion mappings in various scenarios. By representing the manipulator trajectory as a continuous-time Gaussian process (GP), we are able to leverage recent advances in trajectory optimization to maximize the manipulability index during trajectory generation. Moreover, the sparsity of our chosen representation reduces the typically large computational cost associated with maximizing manipulability when additional constraints exist. Results from simulation studies and experiments with a real manipulator demonstrate increases in manipulability, while maintaining smooth trajectories with more dexterous (and therefore more agile) arm configurations.Comment: In Proceedings of the IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS'19), Macau, China, Nov. 4-8, 201

A real-time approach for singularity avoidance in Resolved Motion Rate Control of Robotic Manipulators

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Development of a reusable top-level control architecture for a robotic manipulator

The capabilities of a robotic system are strongly constrained by the capabilities of its control software. The development of this software represents a substantial fraction of the development effort of the overall system, due in part to the difficulty of reusing software written for previous robotic applications. A reusable software control architecture therefore has enormous potential to expedite the development and reduce the cost of this development process. This thesis presents a component-based reusable architecture for the top-level control of a robotic manipulator, developed within the Open Robot Control Software (Orocos) framework. This framework enables the development of software components that are applicable to a variety of robotic manipulators. The software is implemented on an existing manipulator platform as a demonstration of basic functionality. Simulations are conducted to verify adaptability to other kinematic arrangements

Planificación y ejecución de trayectorias libres de singularidades en robots paralelos 3-RRR

Este proyecto desarrolla un sistema que permite evaluar experimentalmente un método de planificación de movimientos libres de singularidades propuesto por Bohigas y col. en 2013. El sistema incluye (1) un robot paralelo 3-RRR, (2) un planificador que calcula trayectorias libres de singularidades y colisiones entre dos configuraciones dadas del robot, (3) un sistema de control que permite ejecutar las trayectorias con bajo error de posicionado, y (4) una interfaz gráfica que facilita la especificación de los problemas a resolver, así como la simulación, ejecución y análisis de las trayectorias resultantes. Para calcular las trayectorias definimos un sistema de ecuaciones que integra todas las restricciones de exclusión de singularidades y colisiones, y exploramos el espacio solución de este sistema utilizando métodos numéricos de continuación multidimensional. La integración de todas las restricciones en un único sistema evita la utilización de detectores de colisión, permitiendo el cálculo de las trayectorias en períodos de tiempo generalmente muy breves. El proyecto describe detalladamente los subsistemas de planificación, ejecución y control, e ilustra su funcionamiento mediante un experimento práctico que abarca todo el proceso, desde la definición de las configuraciones inicial y final, hasta la síntesis, acondicionamiento, y ejecución de la trayectoria, así como la captura y análisis de los datos sensoriales del robot a lo largo de todo el movimiento. El proyecto, finalmente, identifica algunos puntos que se podrían considerar en futuras extensiones de este trabajo

Planejamento de trajetórias e evitamento de colisão em tarefas de manipuladores reduntantes operando em ambientes confinados

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.O planejamento de trajetórias de soldagem para manipuladores redundantes operando em ambientes confinados requer métodos precisos para obtenção de informações de suas variáveis de operação. Este trabalho desenvolve duas metodologias a serem aplicadas neste tipo de manipulador: primeiro, apresenta o desenvolvimento de uma sistemática para planejamento de tarefas fora de linha (off-line) e segundo, o estudo da solução da cinemática inversa de posição para mecanismos de cadeia fechada, usando o modelo de cinemática diferencial. As trajetórias desenvolvidas são utilizadas na tarefa de recobrimento de regiões pelo processo de soldagem, para tanto, é desenvolvida uma adaptação da metodologia baseada em algoritmos de rugosidade superficial (Scallop-height) para o cálculo de caminhos da ferramenta, de tal forma que estes sejam equidistantes ou paralelos entre si no espaço de trabalho. A metodologia de cálculo dos caminhos paralelos explora as propriedades das superfícies de trabalho usando os recursos matemáticos de modelagem de curvas e superfícies paramétricas. A solução analítica da cinemática inversa para manipuladores redundantes é geralmente de difícil obtenção, e uma solução é usar a integração da cinemática inversa diferencial, para isso é necessário o modelo de sua cinemática diferencial. O modelo da cinemática diferencial é obtido utilizando-se uma proposta de modelagem de mecanismos de cadeia fechada baseada no método de Davies e cadeias virtuais de Assur. Os modelos de cinemática diferencial são geralmente complexos, assim para obtenção da cinemática de posição é utilizada uma metodologia numérica para integração da cinemática diferencial. As aproximações características dos métodos numéricos resultam em posições de juntas que geram erros de fechamento da cadeia cinemática. Nesta linha, esta tese apresenta uma nova metodologia de modelamento da cinemática diferencial a qual possibilita o controle do erro de fechamento da cadeia, proveniente da aplicação dos métodos numéricos de integração. Neste sentido, são discutidos os métodos clássicos de solução da redundância de manipuladores, baseados na pseudoinversa do Jacobiano, e propostas mais atuais baseadas em cadeias virtuais. São estudadas as propriedades e é comprovada a estabilidade do método proposto. Ao final são realizados experimentos de laboratório os quais servem para validação do método proposto. Nestas experimentações é desenvolvida uma aplicação com o manipulador redundante Roboturb, o qual realiza uma tarefa similar à deposição de material pelo processo de soldagem, para recobrimento de uma superfície, desviando de um obstáculo posicionado dentro do seu volume de trabalho

Postprocesamiento CAM-ROBOTICA orientado al prototipado y mecanizado en células robotizadas complejas

The main interest of this thesis consists of the study and implementation of postprocessors to adapt the toolpath generated by a Computer Aided Manufacturing (CAM) system to a complex robotic workcell of eight joints, devoted to the rapid prototyping of 3D CAD-defined products. It consists of a 6R industrial manipulator mounted on a linear track and synchronized with a rotary table. To accomplish this main objective, previous work is required. Each task carried out entails a methodology, objective and partial results that complement each other, namely: - It is described the architecture of the workcell in depth, at both displacement and joint-rate levels, for both direct and inverse resolutions. The conditioning of the Jacobian matrix is described as kinetostatic performance index to evaluate the vicinity to singular postures. These ones are analysed from a geometric point of view. - Prior to any machining, the additional external joints require a calibration done in situ, usually in an industrial environment. A novel Non-contact Planar Constraint Calibration method is developed to estimate the external joints configuration parameters by means of a laser displacement sensor. - A first control is originally done by means of a fuzzy inference engine at the displacement level, which is integrated within the postprocessor of the CAM software. - Several Redundancy Resolution Schemes (RRS) at the joint-rate level are compared for the configuration of the postprocessor, dealing not only with the additional joints (intrinsic redundancy) but also with the redundancy due to the symmetry on the milling tool (functional redundancy). - The use of these schemes is optimized by adjusting two performance criterion vectors related to both singularity avoidance and maintenance of a preferred reference posture, as secondary tasks to be done during the path tracking. Two innovative fuzzy inference engines actively adjust the weight of each joint in these tasks.Andrés De La Esperanza, FJ. (2011). Postprocesamiento CAM-ROBOTICA orientado al prototipado y mecanizado en células robotizadas complejas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10627Palanci