Хотя манипулятор размером примерно с человеческую руку, его эффективное декартово рабочее пространство удивительно велико

Хотя манипулятор размером примерно с человеческую руку, его эффективное декартово рабочее пространство удивительно велико

В видео показано, как специальный алгоритм управления сингулярностями позволяет манипулятору плавно преодолевать кинематические сингулярности, в полной мере используя преимущества своего рабочего пространства, сохраняя при этом точное управление и динамическую стабильность

Робот создан специально для автоматизации высокого уровня в микроэлектронике, полупроводниках, фотонике, медицинских приборах, передовых лабораторных процессах и аналогичных областях, где решающее значение имеют точность на микронном уровне и чрезвычайно малые габариты

Алгоритм обработки сингулярностей (singularity-handling algorithm) в робототехнике — это метод управления манипулятором, который учитывает сингулярные конфигурации, при которых матрица Якоби теряет ранг, что приводит к потере управляемости

Цель — минимизировать влияние сингулярностей, например, избежать непредсказуемых движений, потери контроля или повреждения системы

Сингулярность возникает, когда две или более оси манипулятора становятся выровненными, что приводит к потере одной или более степеней свободы

Некоторые типы сингулярностей:

1. Сингулярности запястья — когда две оси в запястье робота становятся выровненными, что теряет одну степень свободы

2. Сингулярности локтя — возникают, когда рука робота полностью вытянута, из-за чего запястье лежит в той же плоскости, что и второй и третий сочленения

3. Сингулярности плеча — возникают, когда запястье робота выравнивается с основанием, что заставляет первые и четвёртые сочленения пытаться повернуть на 180 градусов на лету

Алгоритмы обработки сингулярностей могут включать:

• выявление сингулярных конфигураций

Например, анализ детерминанта матрицы Якоби — если он равен нулю, матрица сингулярна

•корректировку конфигурации при обнаружении сингулярности

Например, для граничных сингулярностей алгоритм изменяет вход управления, чтобы вернуть манипулятор из сингулярной прямой позы

Для внутренних сингулярностей алгоритм управляет манипулятором с помощью движения в нулевом пространстве

• минимизацию резких движений на границах сингулярных регионов

Например, для некоторых типов сингулярностей в управление в нулевом пространстве интегрируют контроль демпфирования, чтобы минимизировать резкие движения

Некоторые примеры реализации алгоритма в робототехнике:

• алгоритм на основе контроля в оперативном пространстве для антропоморфных манипуляторов с шестью степенями свободы

Для граничных сингулярностей алгоритм модифицирует вход управления, для внутренних — управляет манипулятором с помощью движения в нулевом пространстве

• метод на основе виртуальных избыточных сочленений для манипулятора PUMA 560

В матрицу Якоби вводят виртуальные избыточные сочленения, чтобы поддерживать ранг матрицы при возникновении сингулярности

• метод отслеживания траектории с учётом сингулярных положений на основе генетических алгоритмов

Позволяет минимизировать ошибки и эффективно избегать критических состояний за счёт глобальной оптимизации управляющих параметров