Dynamic Programming-Based Redundancy Resolution for Path Planning of Redundant Manipulators Considering Breakpoints

要約

本稿では動的計画法に基づく冗長マニピュレータの冗長解決アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは、各ジョイントの角度、速度、加速度がマニピュレータの制約を超えないことを保証しながら、デカルト空間内の事前に計画された離散パス上の各点で必要なジョイント角度を計算できます。
パラメータ化法を使用してマニピュレータの逆運動学問題に対する解析的解を取得し、冗長性解決問題を各パス点でのパラメータを決定する最適化問題に変換します。
ジョイントの速度と加速度の制約は、最適化問題の制約として機能します。
次に、マニピュレータの関節角度制約の下での各ポーズの実行可能なすべての逆運動学解がパラメータ化手法を通じて取得され、この問題に対する全体的な最適解が動的プログラミング アルゴリズムを通じて取得されます。
一方、制約を満たす実現可能なジョイント スペース パスが存在しない場合、提案されたアルゴリズムは、パスに必要なブレークポイントの最小数を計算し、できるだけ少ないブレークポイントでパスを分割し、マニピュレータの操作を容易にします。
パス。
このアルゴリズムは、マニピュレータが動作を継続できない場合に単純に中断するのではなく、グローバル コスト関数を最小限に抑えるためのブレークポイントの最適な選択を決定することもできます。
提案したアルゴリズムを某メーカー製マニピュレータを用いてテストし、アルゴリズムの有効性を実証した。

要約(オリジナル)

This paper proposes a redundancy resolution algorithm for a redundant manipulator based on dynamic programming. This algorithm can compute the desired joint angles at each point on a pre-planned discrete path in Cartesian space, while ensuring that the angles, velocities, and accelerations of each joint do not exceed the manipulator’s constraints. We obtain the analytical solution to the inverse kinematics problem of the manipulator using a parameterization method, transforming the redundancy resolution problem into an optimization problem of determining the parameters at each path point. The constraints on joint velocity and acceleration serve as constraints for the optimization problem. Then all feasible inverse kinematic solutions for each pose under the joint angle constraints of the manipulator are obtained through parameterization methods, and the globally optimal solution to this problem is obtained through the dynamic programming algorithm. On the other hand, if a feasible joint-space path satisfying the constraints does not exist, the proposed algorithm can compute the minimum number of breakpoints required for the path and partition the path with as few breakpoints as possible to facilitate the manipulator’s operation along the path. The algorithm can also determine the optimal selection of breakpoints to minimize the global cost function, rather than simply interrupting when the manipulator is unable to continue operating. The proposed algorithm is tested using a manipulator produced by a certain manufacturer, demonstrating the effectiveness of the algorithm.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google