Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Khung điều khiển tương thích động học cho việc vận chuyển hàng hóa hợp tác bởi các bộ manipulators di động không tùy ý
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi xem xét việc phát triển một khung điều khiển tương thích động học cho một hệ thống mô-đun gồm các bộ thao tác di động có bánh xe, có khả năng hợp tác để vận chuyển một tải trọng chung. Mỗi bộ manipulator di động độc lập bao gồm một Robot Di động có Bánh (WMR) truyền động khác nhau với một cánh tay manipulator thụ động, hai bậc tự do (d.o.f) có khớp quay gắn trên. Phương tiện di động tổng hợp, được tạo thành bằng cách đặt một tải trọng ở cuối hiệu ứng của hai (hoặc nhiều hơn) bộ manipulators di động như vậy, có khả năng điều chỉnh, phát hiện và sửa lỗi cấu hình tương đối, cả tức thời lẫn hữu hạn. Khung điều khiển/lập kế hoạch chuyển động tương thích động học được phát triển ở đây nhằm duy trì tất cả các ràng buộc động học (holonomic và nonholonomic) trong các hệ thống như vậy. Cho một quỹ đạo hiệu ứng đầu tùy ý, bộ điều khiển phân cấp hai cấp của từng bộ manipulator di động trước tiên tạo ra một quỹ đạo mong muốn phù hợp về động học cho cơ sở WMR, sau đó được theo dõi bởi một bộ điều khiển ổn định tư thế cấp dưới thích hợp. Hai biến thể của các phương án điều khiển hợp tác cấp hệ thống—điều khiển theo mô hình lãnh đạo và điều khiển phân cấp—sau đó được tạo ra dựa trên phương án điều khiển của từng bộ manipulator di động. Cả hai phương pháp đều được đánh giá trong một khung triển khai nhấn mạnh cả mô phỏng ảo (VP) và thí nghiệm phần cứng trong vòng lặp (HIL). Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của một ví dụ về hệ thống hai mô-đun được sử dụng để làm nổi bật khả năng của bộ điều khiển dựa trên cảm biến cục bộ theo thời gian thực để điều chỉnh, phát hiện và sửa lỗi hình thành tương đối.
Từ khóa
#khung điều khiển #vận chuyển hàng hóa hợp tác #bộ manipulator di động không tùy ý #ràng buộc động học #mô phỏng ảo #thí nghiệm phần cứng trong vòng lặp.Tài liệu tham khảo
Abou-Samah, M. 2001. A kinematically compatible framework for collaboration of multiple non-holonomic wheeled mobile robots. M. Eng. Thesis, McGill University, Montreal, Canada.
Abou-Samah, M. and Krovi, V. 2002. Optimal configuration selection for a cooperating system of mobile manipulators. In Proceedings of the 2002 ASME Design Engineering Technical Conferences, DETC2002/MECH-34358, Montreal, QC, Canada.
Adams, J., Bajcsy, R., Kosecka, J., Kumar, V., Mandelbaum, R., Mintz, M., Paul, R., Wang, C.-C., Yamamoto, Y., and Yun, X. 1996. Cooperative material handling by human and robotic agents: Module development and system synthesis. Expert Systems with Applications, 11(2):89–97.
Bhatt, R.M., Tang, C.P., Abou-Samah, M., and Krovi, V. 2005. A screw-theoretic analysis framework for payload manipulation by mobile manipulator collectives. In Proceedings of the 2005 ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition, IMECE2005-81525, Orlando, Florida, USA.
Borenstein, J., Everett, B., and Feng, L. 1996. Navigating Mobile Robots: Systems and Techniques. A. K. Peters, Ltd., Wellesley, MA.
Brockett, R.W. 1981. Control theory and singular riemannian geometry. In P.J. Hilton and G.S. Young (eds), New Directions in Applied Mathematics, Springer-Verlag, New York, pp. 11–27.
Campion, G., Bastin, G., and D'Andrea-Novel, B. 1996. Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 12(1):47–62.
Canudas de Witt, C., Siciliano, B., and Bastin, G. 1996. Theory of Robot Control. Springer-Verlag, Berlin.
Desai, J. and Kumar, V. 1999. Motion planning for cooperating mobile manipulators. Journal of Robotic Systems, 16(10):557–579.
Donald, B.R., Jennings, J., and Rus, D. 1997. Information invariants for distributed manipulation. The International Journal of Robotics Research, 16(5):673–702.
Honzik, B. 2000. Simulation of the kinematically redundant mobile manipulator. In Proceedings of the 8th MATLAB Conference 2000, Prague, Czech Republic, pp. 91–95.
Humberstone, C.K. and Smith, K.B. 2000. Object transport using multiple mobile robots with non-compliant endeffectors. In Distributed Autonomous Robotics Systems 4, Springer-Verlag, Tokyo, Tokyo, pp. 417–426.
Juberts, M. 2001. Intelligent control of mobility systems, Needs. ISD Division, Manufacturing Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology.
Khatib, O., Yokoi, K., Chang, K., Ruspini, D., Holmberg, R., and Casal, A. 1996. Vehicle/arm coordination and multiple mobile manipulator decentralized cooperation. In Proceedings of the 1996 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Osaka, Japan, pp. 546–553.
Kosuge, K., Osumi, T., Sato, M., Chiba, K., and Takeo, K. 1998. Transportation of a single object by two decentralized-controlled nonholonomic mobile robots. In 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Leuven, Belgium, pp. 2989–2994.
Kube, C.R. and Zhang, H. 1997. Task modelling in collective robotics. Autonomous Robots, Kluwer Academic Publishers, 4(1):53–72.
Latombe, J.-C. 1991. Robot Motion Planning. Kluwer Academic Publishers, Boston, MA.
Li, Z. and Canny, J.F. 1993. Nonholonomic Motion Planning. Kluwer Academic Publishers, Boston, MA.
Murray, R.M. and Sastry, S.S. 1993. Nonholonomic motion planning: Steering using sinusoids. IEEE Transactions on Automatic Control, 38(5):700–716.
Nakamura, Y. 1991. Advanced Robotics: Redundancy and Optimization. Addison-Wesley Publishing Company, Inc., California.
Samson, C. and Ait-Abderrahim, K. 1991a. Feedback control of a nonholonomic wheeled cart in cartesian space. In Proceedings of the 1991 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Sacramento CA, pp. 1136–1141.
Samson, C. and Ait-Abderrahim, K. 1991b. Feedback stabilization of a nonholonomic wheeled mobile robot. In Proceedings of the 1991 IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robots and Systems, Osaka, Japan, pp. 1242–1247.
Schenker, P.S., Huntsberger, T.L., Pirjanian, P., Trebi-Ollennu, A., Das, H., Joshi, S., Aghazarian, H., Ganino, A.J., Kennedy, B.A., and Garrett, M.S. 2000. Robot work crews for planetary outposts: Close cooperation and coordination of multiple mobile robots. In Procedings of SPIE Symposium on Sensor Fusion and Decentralized Control in Robotic Systems III, Boston, MA.
Seraji, H. 1998. A unified approach to motion control of mobile manipulators. The International Journal of Robotics Research, 17(2):107–118.
Spletzer, J., Das, A.K., Fierro, R., Taylor, C.J., Kumar, V., and Ostrowski, J.P. 2001. Cooperative localization and control for multi-robot manipulation. In Procedings of the 2001 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Maui, Hawaii, USA, pp. 631–636.
Stilwell, D.J. and Bay, J.S. 1993. Towards the development of a material transport system using swarms of ant-like robots. In Procedings of the 1993 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Atlanta, GA, pp. 766–771.
Tang, C.P. 2004. Manipulability-based analysis of cooperative payload transport by robot collectives. M.S. Thesis, University at Buffalo, Buffalo, NY.
Tang, C.P. and Krovi, V. 2004. Manipulability-based configuration evaluation of cooperative payload transport by mobile robot collectives. In Proceedings of the 2004 ASME Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, DETC2004-57476, Salt Lake City, UT, USA.
Tanner, H.G., Kyriakopoulos, K.J., and Krikelis, N.I. 1998. Modeling of multiple mobile manipulators handling a common deformable object. Journal of Robotic Systems, 15(11):599–623.
Wang, Z.-D., Nakano, E., and Matsukawa, T. 1994. Cooperating multiple behavior-based robots for object manipulation. In 1994 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems.
Whitney, D.E. 1969. Resolved motion rate control of manipulators and human prostheses. IEEE Transactions on Man-Machine Systems, MMS-10;47–53.
Yamamoto, Y. 1994. Control and coordination of locomotion and manipulation of a wheeled mobile manipulator. Ph.D. Thesis, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA.
Yamamoto, Y. and Yun, X. 1994. Coordinating locomotion and manipulation of a mobile manipulator. IEEE Transactions on Automatic Control, 39(6):1326–1332.