Path Planning and Optimization for Cuspidal 6R Manipulators

要約

帯状脈ロボットは、ある逆運動学（IK）ソリューションから、特異点を交差させることなく別の逆に移動できます。
複数の産業用ロボットは帯状疱疹です。
彼らは美しい機械的デザインを持っている傾向がありますが、パス計画の課題を引き起こします。
タスクスペースパスには、パスに沿った各ポイントに対して有効なIKソリューションがある場合がありますが、連続的なジョイントスペースパスはIKソリューションの選択に依存するか、実行不可能である場合があります。
このホワイトペーパーでは、新しい分析、経路計画、および最適化方法を紹介して、帯状回ロボットのユーティリティを強化します。
最初に、帯状回ロボットを特定する効率的な方法を実証し、3つの平行関節軸を持つABB GOFAと特定のロボットが幹部であることを初めて示します。
次に、タスク空間パスに沿って各ポイントのすべてのIKソリューションを見つけ、IKソリューションに対応する各頂点を接続するグラフを構築することにより、帯状筋ロボットの新しいパス計画方法を提案します。
グラフエッジは、関節速度の最小化など、最適化メトリックに基づいて重み付けされます。
最適な実行可能パスは、グラフの最短パスです。
この方法では、単一性を通過する滑らかな経路と同様に、非弦楽路を見つけることができます。
最後に、このパス計画方法は、パス最適化アルゴリズムに組み込まれます。
固定されたワークスペースツールパスを考えると、ロボットベースフレームのツールパスのオフセットを最適化しながら、連続的な関節運動を保証します。
コードの例は、公開可能なリポジトリで入手できます。

要約(オリジナル)

A cuspidal robot can move from one inverse kinematics (IK) solution to another without crossing a singularity. Multiple industrial robots are cuspidal. They tend to have a beautiful mechanical design, but they pose path planning challenges. A task-space path may have a valid IK solution for each point along the path, but a continuous joint-space path may depend on the choice of the IK solution or even be infeasible. This paper presents new analysis, path planning, and optimization methods to enhance the utility of cuspidal robots. We first demonstrate an efficient method to identify cuspidal robots and show, for the first time, that the ABB GoFa and certain robots with three parallel joint axes are cuspidal. We then propose a new path planning method for cuspidal robots by finding all IK solutions for each point along a task-space path and constructing a graph to connect each vertex corresponding to an IK solution. Graph edges are weighted based on the optimization metric, such as minimizing joint velocity. The optimal feasible path is the shortest path in the graph. This method can find non-singular paths as well as smooth paths which pass through singularities. Finally, this path planning method is incorporated into a path optimization algorithm. Given a fixed workspace toolpath, we optimize the offset of the toolpath in the robot base frame while ensuring continuous joint motion. Code examples are available in a publicly accessible repository.

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