Fast collision-free motion planning for robots by using direct kinematic solutions

Abstract

ÖZET Bu tezde robot hareketinin otomatik olarak planlanması için xi zlı bir algoritma sunulmaktadır. Aynı çalışma sahasında işleyen.obotların ayrı öncelik seviyeleri bulunur. En yüksek öncelik engellere verilmektedir, yani herhangi bir robot kolu bir engelle : ar şıl aştığında yolunu değiştirmek zorundadır. Aynı çalışma Sahasında bulunan iki robottan yüksek öncelikli olanı geçiş üstünlüğüne sahiptir. Konvansiyonel yaklaşımlarda, engeller yasak bölgeler olarak kabul edilirler ve köşeli cisimler de daireler ile çevrilirler, ancak, engelin eni ve boyu arasındaki farkın artışı, bu yaklaşımlarda çalışma sahasının daralmasına yol açar. Bu çalışmada poligonun her kenarını birer hayali eklem farzeden yeni bir metod izlenmiştir. Böylelikle bütün köşeli cisimler, sabit eklemlerin düştürdüğü birer kapalı mekanik zincir olarak kabul edilir. Birinci hariç her eklem bir sonraki eklemin ucuna rastlayan ar ek etli bir tabana sahiptir. Sonuç olarak, çalışma sahasındaki robotlar, birkaç tane hareketli tek eklemli robot kolunun iri eşmesi yi e oluşmuş kabul edilir. Böylece işlem, her eklem için çarpışmadan bağımsız yörüngelerin oluşturulmasına indirgenmektedir. Bu yörüngeler sonunda tek bir yola entegre dilerek, gerçek zamanda tüm gereçlerle çarpışmadan kaçınma ağlanır. Bu yaklaşım ile, her eklem kendi davranışı ile çarpışmadan açınmaya çalışır. Tüm yörüngeler ilk eklemden sonuncuya tekrar ederek saptandığından, ters kinematik çözümlere gereksinme uyulmaz. Önerilen metodun verimi, SCARA tipi bir robot için azılmış bir simulasyon programı ile gösterilmiştir. V

ABSTRACT A fast algorithm for automatic planning of collision free robot motion is presented in this thesis. Each of the robots sharing a common workspace is assigned a different priority level. Highest priority is given to obstacles, that is each manipulator must change its path when it encounters with an obstacle. When two robots enter into the same workspace, the one with higher priority has the right-of-way precedence. In conventional approaches, obstacles are considered as circular forbidden regions where the polygonal object is enclosed by a c ircum-c ircle. However, with the increasing difference between the dimensions of the obstacle, this treatment results in significant reductions in the workspace. A new method is pursued in this work which treats each edge of polygon as a virtual link. Thus the entire polygonal object can be represented as a closed mechanical chain. Each of the links, except the first, has a mobile base which coincides with the tip of the previous link. As a result, robots in the workspace are assumed to be composed of a number of mobile one link manipulators. Thus the procedure is reduced to the generation of collision-free trajectories for each link. These trajectories are finally integrated to one path, which is executed in real time to avoid collision with all devices. With this approach, each link tries to avoid collisions by its own behaviour. Since the overall trajectory is determined iteratively from the first link to the last, no inverse kinematic solutions are involved. The efficiency of the proposed method is demonstrated by a simulation program written for a SCARA type robot. iv