Анализ сингулярных конфигураций мобильного манипулятора KUKA youBot
Аннотация
Рассмотрен мобильный манипулятор с открытым программным обеспечением KUKA youBot, предназначенный для исследовательских и образовательных целей. Сингулярные конфигурации данного аппарата в настоящее время не описаны.
KUKA youBot представляет собой управляемую платформу, на которой установлен пятиосный манипулятор со схватом. Платформа может перемещаться по горизонтальной плоскости с помощью четырех меканум колес. Положение робота в абсолютном пространстве определяется восемью обобщенными координатами. Известно, что обратная задача кинематики KUKA youBot допускает точное аналитическое решение.
Построена прямоугольная матрица Якоби отображения пространства обобщенных координат робота в пространство параметров локации его рабочего органа. С помощью элементарных операций матрица приведена к эквивалентному ступенчатому виду.
Анализ элементов ступенчатой матрицы показал, что независимо от расположений платформы, первого, четвертого и пятого звеньев руки KUKA youBot существует сингулярная конфигурация, в которой второе и третье звенья руки робота вытянуты вдоль вертикали. При этом ранг матрицы Якоби равен пяти (меньше полного ранга, равного шести). В указанной сингулярной конфигурации рабочий орган KUKA youBot не может совершать некоторые движения, характер которых описан в представленной работе.
Литература
2. Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Основы управления манипуляционными роботами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.
3. Springer Handbook of Robotics / ed. by B. Siciliano, O. Khatib. Berlin, Heidelberg: Springer, 2008.
4. Крейг Д.Дж. Введение в робототехнику: механика и управление. Москва, Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013.
5. KUKA youBot store [Офиц. сайт] http://www. youbot-store.com/ (дата обращения 30.11.2017).
6. Karger A. Singularity Analysis of Serial Robot-manipulators // Trans. ASME J. Mechanical Design. 1996. V. 118. Pp. 520—525.
7. Gogu G. Families of 6R Orthogonal Robotic Manipulators with Only Isolated and Pseudoisolated Singularities // Mechanism and Machine Theory. 2002. V. 37. No. 11. Pp. 1347—1375.
8. Hayes M.J.D., Husty M.L. Singular Configurations of Wrist-partitioned 6R Serial Robots: a Geometric Perspective for Users // Trans. Canadian Soc. Mechanical Eng. 2002. V. 26. No. 1. Pp. 41—55.
9. De Luca A., Oriolo G., Giordano P.R. Kinematic Modeling and Redundancy Resolution for Nonholonomic Mobile Manipulators // Proc. IEEE Intern. Conf. Robotics and Automation. 2006. Pp. 1867—1873.
10. Sharma S., Kraetzschmar G., Scheurer C. Unified Closed Form Inverse Kinematics for the KUKA youBot // Proc. VII German Conf. Robotics. 2012. Pp. 1—6.
11. Brandstötter M., Angerer A., Hofbaur M. An Analytical Solution of the Inverse Kinematics Problem of Industrial Serial Manipulators with an Ortho-parallel Basis and a Spherical Wrist // Proc. Austrian Robotics Workshop. 2014. Pp. 7—11.
12. Капустина О.М. Описание множества точных решений обратной задачи кинематики робота KUKA youBot c помощью обобщенных координат его платформы // Естественные и технические науки. 2016. № 12. C. 176—180.
13. Александров П.С. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры. М.: Наука, 1979.
---
Для цитирования: Капустина О.М. Анализ сингулярных конфигураций мобильного манипулятора KUKA youBot // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 93—97. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-93-97.
#
1. Yoshikawa T. Manipulability of Robotic Mechanisms. Intern. J. Robotics Research. 1985;4;2:3—9.
2. Zenkevich S.L., Yushchenko A.S. Osnovy Upravleniya Manipulyatsionnymi Robotami. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2004. (in Russian).
3. Springer Handbook of Robotics / ed. by B. Siciliano, O. Khatib. Berlin, Heidelberg: Springer, 2008.
4. Kreyg D.Dzh. Vvedenie v Robototekhniku: Mekhanika i Upravlenie. Moskva, Izhevsk: Institut Komp'yuternyh Issledovaniy, 2013. (in Russian).
5. KUKA youBot store [Ofits. Sayt] http://www. youbot-store.com/ (Data Obrashcheniya 30.11.2017).
6. Karger A. Singularity Analysis of Serial Robot-manipulators. Trans. ASME J. Mechanical Design. 1996;118:520—525.
7. Gogu G. Families of 6R Orthogonal Robotic Manipulators with Only Isolated and Pseudoisolated Singularities. Mechanism and Machine Theory. 2002;37; 11:1347—1375.
8. Hayes M.J.D., Husty M.L. Singular Configurations of Wrist-partitioned 6R Serial Robots: a Geometric Perspective for Users. Trans. Canadian Soc. Mechanical Eng. 2002;26;1:41—55.
9. De Luca A., Oriolo G., Giordano P.R. Kinematic Modeling and Redundancy Resolution for Nonholonomic Mobile Manipulators. Proc. IEEE Intern. Conf. Robotics and Automation. 2006:1867—1873.
10. Sharma S., Kraetzschmar G., Scheurer C. Unified Closed Form Inverse Kinematics for the KUKA youBot. Proc. VII German Conf. Robotics. 2012:1—6.
11. Brandstötter M., Angerer A., Hofbaur M. An Analytical Solution of the Inverse Kinematics Problem of Industrial Serial Manipulators with an Ortho-parallel Basis and a Spherical Wrist. Proc. Austrian Robotics Workshop. 2014:7—11.
12. Kapustina O.M. Opisanie Mnozhestva Tochnyh Resheniy Obratnoy Zadachi Kinematiki Robota KUKA youBot c Pomoshch'yu Obobshchennyh Koordinat Ego Platformy. Estestvennye i Tekhnicheskie Nauki. 2016;12: 176—180. (in Russian).
13. Aleksandrov P.S. Kurs Analiticheskoy Geometrii i Lineynoy Algebry. M.: Nauka, 1979. (in Russian).
---
For citation: Kapustina O.M. An Analysis of Singular Configurations of the KUKA youBot Mobile Manipulator. MPEI Vestnik. 2019;1:93—97. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-93-97.
