Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Robot singularity avoidance be means of the virtual redundant axis

Marek Harasimczuk

Abstract

This thesis that is entitled Robot singularity avoidance be means of the virtual redundant axis presents problems related to robot singularities and ways to solve them. Its purpose is to perform a detailed analysis of the method of the virtual redundant axis and to verify it by simulation tests. In the first part, this study introduces an overview of the current knowledge on the singularities of robots. It discusses the definition of the singular configuration, presents identifiable types of the singular configurations and their causes. The consequences resulting from approaching or assuming a singular configuration are discussed. A brief historical review of the methods of solving the problems related to singularities is presented. The second part of this work introduces a detailed description of two algorithms allowing to avoid the singularities and thus the singularity-related problems. The first one is based on a fixed virtual redundant axis. The second is its generalization. It allows to introduce additional degrees of freedom which can be variable. They depend strictly on the instantaneous configuration adopted by the mechanism. Their complete description, both from the mathematical and physical point of view, allows to understand the presented reasoning and test it using a specific robot model. The last part of this study presents the model of a selected robot KUKA. It considers the kinematics and possible cases of singularities of this robot. Then, using this model, both methods related to virtual axes are tested on several trajectories. The obtained results of tests are presented in the form of angle vs. time graphs for individual kinematic pairs as well as angular speed values for all motors. The effects and benefits indicated by the simulation results are summarized in the final part of the work.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Marek Harasimczuk (FPAE) Marek Harasimczuk,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Zastosowanie metody wirtualnej osi redundantnej do omijania konfiguracji osobliwych manipulatora
Supervisor
Marek Wojtyra (FPAE/IAAM) Marek Wojtyra,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Automatyka i Robotyka (Automation and Robotics)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
07-02-2019
Issue date (year)
2019
Pages
47
Internal identifier
MEL; PD-5012
Reviewers
Marcin Pękal (FPAE) Marcin Pękal,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Marek Wojtyra (FPAE/IAAM) Marek Wojtyra,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
wirtualne osie redundantne, konfiguracja osobliwa, kinematyka odwrotna, optymalizacja
Keywords in English
virtual redundant axis, singular configuration, inverse kinematics, optimization
Abstract in Polish
Niniejsza praca zatytułowana „Zastosowanie metody wirtualnej osi redundantnej do omijania konfiguracji osobliwych manipulatora” przedstawia problemy związane z konfiguracjami osobliwymi manipulatorów szeregowych oraz sposoby ich rozwiązywania. Jej celem jest dokładna analiza metody wirtualnych osi redundantnych oraz jej symulacyjne przetestowanie. W pierwszej części opracowanie zawiera przegląd dotychczasowej wiedzy dotyczącej osobliwości mechanizmów. Zapoznaje z definicją tego pojęcia, przedstawia możliwe do wyodrębnienia rodzaje konfiguracji osobliwych oraz ich przyczyny. Praca zawiera analizę konsekwencji wynikających z przyjęcia przez manipulator konfiguracji osobliwej lub znalezienia się manipulatora w jej okolicy. Został przeprowadzony historyczny przegląd kolejnych metod opracowanych w celu uniknięcia problemów napotkanych w samej konfiguracji osobliwej oraz w jej pobliżu. Druga część pracy zapoznaje z dokładnym opisem dwóch algorytmów pozwalających na uniknięcie skutków osobliwości. Pierwszy z nich opiera się na stałej wirtualnej osi redundantnej, drugi zaś jest jego uogólnieniem. Pozwala na wprowadzenie dodatkowych stopni swobody, które są zmienne (ściśle zależą od chwilowej konfiguracji przyjętej przez mechanizm). Ich kompletny opis zarówno od strony matematycznej, jak i fizycznej pozwala na zrozumienie oraz przetestowanie przedstawionego rozumowania na konkretnym modelu robota. Ostania część opracowania przedstawia model wybranego robota KUKA, jego kinematykę oraz możliwe przypadki konfiguracji osobliwych. Następnie wykorzystano model robota, by na kilku trajektoriach przetestować obie metody związane z wirtualnymi osiami. Otrzymane w rezultacie testów wyniki przedstawione są w formie wykresów przemieszczeń w poszczególnych parach kinematycznych oraz wartości prędkości obrotowej kolejnych silników. Efekty i zalety uwidocznione na wynikach symulacji zostały zestawione w końcowej części poniższej pracy.
File
  • File: 1
    276368MarekHarasimczuk.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31192

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT074247443efc43e8bd0fc0fcbfc686b1/
URN
urn:pw-repo:WUT074247443efc43e8bd0fc0fcbfc686b1

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page