مسيريابي بهينه ربات موازي تريپترون با سه درجه آزادي مستقل خطي با استفاده از بهينه‌سازي محدب و مفهوم افق پيش‌بين

Optimal motion planning of a 3-dof decoupled parallel robot using convex optimization and receding horizon concept

با توجه به افزايش چشمگير تعامل انسان و ربات، به نظر مي‌رسد يكي از چالش‌هاي امروزي، مساله مسيريابي عاري از تداخل ربات ها به صورت بلادرنگ و با تضمين ايمني مي‌باشد. تاكنون روش هاي متعددي براي مسيريابي ربات هاي متحرك و سري ارايه شده است كه هر يك مزايا و معايب خود را دارند. با اين حال مطالعات كمي بر روي مسيريابي ربات هاي موازي به ويژه در حضور موانع انجام گرفته است. در اين مقاله روشي براي مسيريابي و كنترل ربات‌ موازي سه درجه آزادي مستقل خطي، به نام تريپترون، در حضور مانع ثابت معرفي گرديده و نتايج بر روي مدلي از ربات‌ واقعي شبيه سازي شده است. روش مورد استفاده تركيبي از بهينه‌سازي محدب، برنامه‌ريزي گسسته و مفهوم افق پيش-بين مي باشد كه مزايايي از قبيل پيدا كردن بهينه سراسري و بلادرنگ بودن را دارد. ابتدا مروري بر ساختار فيزيكي و ويژگي‌هاي اين ربات فراهم شده و سپس به ارايه الگوريتم مسيريابي و شبيه‌سازي آن با استفاده از بسته نرم افزاري گروبي پرداخته مي‌شود. براي شبيه‌سازي هرچه واقعي‌تر نيز بسته نرم‌افزاري كد2مت به كار گرفته شده است كه مدل ربات واقعي را از نرم‌افزار ساليدوركز به نرم‌افزار متلب انتقال مي‌دهد. نتايچ حاصل از دو حالت مختلف نشان مي دهند كه ربات به خوبي موانع را دور زده و به نقطه پايان رسيده است كه گوياي كاربردي و قابل اطمينان بودن الگوريتم ارايه شده مي باشد. همچنين، بيشينه زمان محاسبات در هر مرحله كمتر از يك ثانيه بوده است كه براي اين كاربرد بلادرنگ محسوب مي گردد.

Regarding the progress in technology and increase in the capabilities of the robots, one of the main challenges in the field of robotics is the problem of real-time and collision-free path planning of robots. This paper focuses on the problem of path planning of a 3-DOF decoupled parallel robot called Tripteron in the presence of obstacles. The proposed algorithm is a synergy-based algorithm of convex optimization, disjunctive programming and model predictive control. This algorithm has many advantages compared to previous methods reported in the literature including not getting stuck in the local optimums and finding the global optimum and high computational speeds. Finally, the algorithm will be implemented on a model of the real robot. It should be mentioned that this algorithm has been implemented using Gurobi optimization package with C++ programming language in Qt Creator environment and the simulation of the parallel mechanism is performed by the CAD2MAT package for MATLAB. Obtained results reveal that the maximum computational time at each step is less than one second which, for this particular application, could be regarded as a real-time algorithm