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Planificación de movimiento para la reducción de vibraciones de un robot de mantenimiento de puentes ferroviarios con un manipulador redundante

Autores: Chang, Qing; Wang, Huaiwen; Wang, Dongai; Zhang, Haijun; Li, Keying; Yu, Biao

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Planificación de movimiento para la reducción de vibraciones de un robot de mantenimiento de puentes ferroviarios con un manipulador redundante


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Palabras clave

Posibles aplicaciones
Mantenimiento
Tareas de inspección
Robot escalador
Reducción de vibraciones
Algoritmo de planificación de movimiento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 39

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Motivados por las posibles aplicaciones de tareas de mantenimiento e inspección para puentes ferroviarios, hemos desarrollado un robot escalador bípedo. El robot escalador bípedo puede subir por la barandilla de acero del puente ferroviario con dos pies electromagnéticos e implementar las tareas de mantenimiento e inspección mediante un manipulador redundante con 7 grados de libertad. Para reducir la vibración del manipulador causada por la baja rigidez de la barandilla y las trayectorias discontinuas de las articulaciones, se propone en este documento un algoritmo de planificación de movimiento para la reducción de la vibración. Se determina un camino geométrico que tiene en cuenta la evasión de obstáculos y el centro de gravedad del manipulador mediante el método de proyección de gradiente con un inverso robusto a singularidades. Luego, se utiliza una curva en forma de S polinómica quíntica por partes con un perfil de sacudida suave (derivada de la aceleración angular de la articulación) para interpolar la secuencia de nudos de posición angular de la articulación transformados de los puntos de paso en el camino de evasión de obstáculos. Los parámetros de la curva S polinómica quíntica se determinan mediante un problema de programación no lineal en el que la función objetivo es minimizar el máximo del par ejercido por el manipulador sobre la barandilla a lo largo de la trayectoria continua de sacudida. Finalmente, se realizan una serie de experimentos de simulación para validar la efectividad del algoritmo propuesto. Los resultados de la simulación muestran que los errores de seguimiento de la trayectoria con el algoritmo de optimización propuesto son significativamente menores que los errores de seguimiento de la trayectoria sin optimización. Los valores absolutos de desviación media de los errores de seguimiento de los tres ejes de coordenadas disminuyeron al menos un 48,3% en comparación con la trayectoria sin reducción de vibración en las simulaciones de trayectorias de trabajo triangular y lineal. Los resultados del análisis demuestran que el algoritmo propuesto puede reducir efectivamente la vibración del efector final del manipulador.

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