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
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
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.
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.