The work presented in this paper ai

The work presented in this paper aims at providing a unified modeling framework for the reactive control of wheeled mobile manipulators (WMM). Where most work in the literature often provides models, sometimes simplified, of a given type of WMM, an extensive description of the obtaining of explicit kinematic and dynamic models of those systems is given. This modeling framework is particularly well suited for reactive control approaches which, in the case of mobile manipulation missions, are often necessary to handle the complexity of the tasks to be fulfilled, the dynamic aspect of the extended workspace and the uncertainties on the knowledge of the environment. A flexible reactive framework is thus also provided, allowing the sequencing of operational tasks (in our case tasks described in the end-effector frame) whose natures are different but also an on-line switching mechanism between constraints that are to be satisfied using the system redundancy. This framework has been successfully implemented in simulation and on a real robot. Some of the obtained results are presented.


1 Introduction

From manipulators executing highly specific and simple tasks in structured environments, robotics missions have evolved towards the service domain where robots are expected to explore (partially) unknown dynamic environments,

interact with human beings or manipulate hazardous products. Examples of field or service robotics applications are numerous and they all involve robots whose workspace capabilities have to be extended and whose control architecture and strategies must ensure good overall performances in complex missions. The complexity of those missions lies in the fact that an extension of the workspace of robots leads to a partial knowledge of the environment: a precise map of a large environment cannot be known in advance and has to be updated at each time with the information regarding the dynamic elements of the environment (moving obstacles for example). It also lies in the fact that a complex mission is often an aggregation or sequence of different types of tasks: trajectory tracking, motion in dynamic environment, contact interaction, compliant motion. To fulfil such missions, robotic systems are required to combine both locomotion and manipulation capabilities and such systems are called mobile manipulators.
The physical aspect of mobile manipulators varies with the type of mobile manipulation mission that is considered. The main differences between those systems of a same family consist in the locomotion mean that is used. Apart from very specific applications such as underwater applications where submarine locomotion is used, mobile manipulators can be divided into two large families: legged systems such as humanoid robots and wheeled systems. The need for humanoid robots is mostly associated to service missions for which the social aspect of the interaction is of great importance. To this social aspect of the interaction, one must add the need for adaptation to environments primarily designed for human beings. When those two characteristics are not present in the features of the mission to accomplish, the locomotion problem can be partially simplified by the use of wheeled mobile platforms whose design and control is less demanding. Moreover, in several cases, wheeled mobile platforms are more suitable than legged type robots whose locomotion properties are restricted especially in terms of speed and load. This paper focuses on this latter type of mobile manipulators: wheeled mobile manipulators (WMM), especially those evolving on flat grounds, i.e. whose platforms are not characterised by high terrain clearance capabilities. Any system combining a wheeled mobile platform and one or several manipulators (classically arms) is named WMM.
Those systems have the following features:


– wheeled mobile platforms, and by extension WMM, are nonholonomic systems;

– they are often kinematically redundant with respect to the task to be achieved;

– the mass properties, and thus the dynamic properties, of the wheeled platform and those of the manipulator(s) are very different.

To these characteristics, one has to add the constraints associated to the control of robots and robotic missions themselves:

– joint limits avoidance;

– rated input for the actuators;

– singular configurations avoidance;

– obstacles avoidance;

– tip-over of the system and skidding /slipping of the wheels.

From this set of constraints and characteristics, different approaches have been developed to control WMM. A first class of approach is inherited from the control schemes that have been developed for manipulators. Those control schemes have been extended to WMM in order to account for their specificities. Among those approaches, the pioneering work of H. Seraji1 can be distinguished. He proposed an extension of kinematic based control laws to the case of a mobile manipulator equipped with a wheeled platform (unicycl

Kết quả (Việt) 1:

Việc trình bày trong bài viết này nhằm mục đích cung cấp một khuôn khổ thống nhất mô hình để kiểm soát phản ứng của các thao tác di động bánh (WMM). Trong trường hợp các công việc hầu hết trong các tài liệu thường cung cấp các mô hình, đôi khi đơn giản, một loại nhất định của WMM, một mô tả mở rộng của việc có được rõ ràng các mô hình động và năng động của những hệ thống được đưa ra. Khuôn khổ của mô hình này là đặc biệt thích hợp cho phương pháp tiếp cận kiểm soát phản ứng, mà, trong trường hợp điện thoại di động thao tác nhiệm vụ, thường là cần thiết để xử lý sự phức tạp của công việc phải được hoàn thành, các khía cạnh động của việc mở rộng và sự không chắc chắn về kiến thức về môi trường. Một khuôn khổ phản ứng linh hoạt như vậy cũng được cung cấp, cho phép trình tự hoạt động nhiệm vụ (tác vụ trường hợp của chúng tôi được mô tả trong khung cuối-effector) có bản chất là khác nhau nhưng cũng là một cơ chế chuyển đổi trên mạng giữa các ràng buộc để được thỏa mãn bằng cách sử dụng hệ thống dự phòng. Khuôn khổ này đã được thực hiện thành công trong mô phỏng và trên một robot thật. Một số kết quả thu được được trình bày.1 giới thiệuTừ con thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và đơn giản cao trong cấu trúc môi trường, robot nhiệm vụ đã phát triển đối với tên miền Dịch vụ nơi robot cần khám phá môi trường năng động (một phần) không biết, tương tác với con người hay thao tác phẩm độc hại. Ví dụ lĩnh vực hoặc dịch vụ ứng dụng robot rất nhiều và tất cả đều liên quan đến robot có khả năng việc cần phải được mở rộng và có kiểm soát kiến trúc và các chiến lược phải bảo đảm good buổi biểu diễn chung trong các nhiệm vụ phức tạp. Sự phức tạp của những phi vụ này nằm trong một thực tế là một phần mở rộng của workspace robot dẫn đến kiến thức một phần của môi trường: bản đồ chính xác của một môi trường lớn không thể được biết đến trước và đã được Cập Nhật tại mỗi thời điểm với các thông tin liên quan đến yếu tố năng động của môi trường (di chuyển trở ngại ví dụ). Nó cũng nằm trong một thực tế là một nhiệm vụ phức tạp thường tập hợp một hoặc chuỗi các loại khác nhau của công việc: theo dõi, chuyển động trong môi trường năng động, tương tác liên lạc, tuân thủ các chuyển động quỹ đạo. Để hoàn thành nhiệm vụ như vậy, Hệ thống robot được yêu cầu để kết hợp các khả năng thao tác và vận động và hệ thống như vậy được gọi là thao tác điện thoại di động.Các khía cạnh vật lý của điện thoại di động cần thao tác với các loại nhiệm vụ điện thoại di động thao tác được coi là khác nhau. Sự khác biệt chính giữa các hệ thống của cùng một gia đình gồm có nghĩa là khi vận động được sử dụng. Ngoài các ứng dụng rất cụ thể như các ứng dụng dưới nước nơi tàu ngầm vận động được sử dụng, thao tác điện thoại di động có thể được chia thành hai gia đình lớn: chân hệ thống như humanoid robot và bánh hệ thống. Sự cần thiết cho humanoid robot là chủ yếu liên quan đến nhiệm vụ dịch vụ mà các khía cạnh xã hội của sự tương tác là rất quan trọng. Này khía cạnh xã hội của sự tương tác, một trong những phải thêm sự cần thiết để thích ứng với môi trường thiết kế chủ yếu cho con người. Khi những hai đặc điểm không có trong các tính năng của nhiệm vụ để thực hiện, các vấn đề khi vận động có thể một phần đơn giản hóa bằng cách sử dụng xe đẩy nền tảng di động có thiết kế và kiểm soát là ít đòi hỏi. Hơn nữa, trong một số trường hợp, xe đẩy các nền tảng điện thoại di động là phù hợp hơn so với kiểu chân robot có tính chất vận động bị hạn chế đặc biệt về tốc độ và tải. Giấy này tập trung vào các loại điện thoại di động thao tác sau: bánh cần thao tác điện thoại di động (WMM), đặc biệt là những người phát triển khu vườn bằng phẳng, tức là nền tảng mà không được đặc trưng bởi khả năng giải phóng mặt bằng cao địa hình. Bất kỳ hệ thống nào kết hợp nền tảng điện thoại di động xe đẩy và một hoặc nhiều thao tác (cổ vũ) được đặt tên WMM.Những hệ thống có các tính năng sau đây:-bánh nền tảng di động, và bằng cách mở rộng WMM, nonholonomic hệ thống;-họ có thường kinematically dự phòng đối với nhiệm vụ để có thể đạt được;-khối lượng tài sản, và do đó tính năng động, nền tảng bánh và những người của các manipulator(s) là rất khác nhau.Với những đặc điểm này, người ta phải thêm các khó khăn liên quan đến sự kiểm soát của robot và robot chính nhiệm vụ:-phần giới hạn tránh;-xếp các đầu vào cho các thiết bị thi hành; -cấu hình từ tránh;-tránh chướng ngại vật;-Mẹo-over của hệ thống và phanh / slipping của bánh xe.Từ này tập hợp các hạn chế và đặc điểm, phương pháp tiếp cận khác nhau đã được phát triển để kiểm soát WMM. Một lớp học đầu tiên của phương pháp tiếp cận được kế thừa từ các chương trình điều khiển đã được phát triển cho con. Những chương trình điều khiển đã được mở rộng để WMM để tài khoản cho specificities của họ. Trong số những phương pháp tiếp cận, công trình tiên phong của H. Seraji1 có thể phân biệt. Ông đề nghị một phần mở rộng của động điều khiển dựa trên pháp luật trường hợp manipulator điện thoại di động được trang bị với một nền tảng bánh (unicycl

Kết quả (Việt) 2:

Các công việc trình bày trong bài báo này nhằm cung cấp một khuôn khổ mô hình thống nhất cho việc kiểm soát phản ứng của tay máy di động có bánh xe (WMM). Nơi mà hầu hết công việc trong văn học thường xuyên cung cấp các mô hình, đôi khi đơn giản hóa, của một loại nhất định của WMM, một mô tả rộng rãi của việc mua các mô hình động học và động lực rõ ràng của những hệ thống được đưa ra. Khuôn khổ mô hình này đặc biệt rất thích hợp cho phương pháp kiểm soát phản ứng đó, trong trường hợp của các cơ quan vận động di động, thường là cần thiết để xử lý sự phức tạp của nhiệm vụ được hoàn thành, các khía cạnh năng động của các không gian làm việc kéo dài và sự không chắc chắn về các kiến thức về các môi trường. Một khuôn khổ phản ứng linh hoạt được như vậy cũng được cung cấp, cho phép các lập trình tự của nhiệm vụ hoạt động (trong nhiệm vụ trường hợp của chúng tôi mô tả trong khung end-effector) mà bản chất là khác nhau, nhưng cũng là một on-line cơ chế chuyển đổi giữa các chế đó sẽ được đáp ứng bằng cách sử dụng hệ thống dự phòng. Khuôn khổ này đã được thực hiện thành công trong mô phỏng và một robot thực. Một số kết quả thu được được trình bày. 1 Giới thiệu Từ thao tác thực hiện các nhiệm vụ cụ thể và đơn giản trong môi trường có cấu trúc, nhiệm vụ robot đã tiến hóa theo hướng dịch vụ tên miền, nơi robot được dự kiến sẽ khám phá (một phần) môi trường năng động, không rõ, tương tác với con người hoặc thao tác nguy hiểm các sản phẩm. Ví dụ về các lĩnh vực dịch vụ robot ứng dụng rất nhiều và tất cả họ đều liên quan đến robot có khả năng không gian làm việc phải được mở rộng và có kiểm soát kiến trúc và chiến lược phải đảm bảo màn trình diễn tổng thể tốt trong các nhiệm vụ phức tạp. Sự phức tạp của những nhiệm vụ nằm trong thực tế là một phần mở rộng của không gian làm việc của robot dẫn đến một phần kiến thức của môi trường: một bản đồ chính xác của một môi trường lớn không thể được biết trước và đã được cập nhật tại từng thời điểm với các thông tin liên quan các yếu tố năng động của môi trường (di chuyển trở ngại cho ví dụ). Nó cũng nằm trong thực tế là một nhiệm vụ phức tạp thường là tập hợp một hoặc một chuỗi các loại khác nhau của công việc: theo dõi quỹ đạo, chuyển động trong môi trường năng động, tương tác liên lạc, chuyển động tuân thủ. Để hoàn thành nhiệm vụ như vậy, hệ thống robot được yêu cầu phải kết hợp cả khả năng vận động và thao tác và hệ thống như vậy được gọi là thao tác di động. Các khía cạnh vật lý của tay máy di động khác nhau với các loại nhiệm vụ vận động di động được xem xét. Sự khác biệt chính giữa các hệ thống của cùng một gia đình bao gồm trong sự vận động có nghĩa là được sử dụng. Ngoài các ứng dụng rất cụ thể như các ứng dụng dưới nước, nơi tàu ngầm vận động được sử dụng, thao tác di động có thể được chia thành hai gia đình lớn: Hệ thống chân như robot hình người và hệ thống bánh. Nhu cầu đối với các robot hình người được chủ yếu là liên quan đến nhiệm vụ dịch vụ mà các khía cạnh xã hội của sự tương tác là rất quan trọng. Để khía cạnh xã hội của sự tương tác, người ta phải thêm sự cần thiết để thích ứng với môi trường thiết kế chủ yếu cho con người. Khi hai đặc điểm là không có mặt trong các tính năng của nhiệm vụ để thực hiện, vấn đề vận động có thể được đơn giản hóa một phần do việc sử dụng các nền tảng di động có bánh xe có thiết kế và kiểm soát là ít đòi hỏi. Hơn nữa, trong một số trường hợp, các nền tảng điện thoại di động có bánh xe là phù hợp hơn so robot loại chân có các đặc tính vận động bị hạn chế đặc biệt là về tốc độ và tải trọng. Bài viết này tập trung vào các loại sau đây của các tay máy di động: thao tác di động bằng bánh xe (WMM), đặc biệt là những người phát triển trên cơ sở bằng phẳng, tức là có nền tảng không được đặc trưng bởi khả năng giải phóng mặt bằng địa hình cao. Bất kỳ hệ thống kết hợp một nền tảng bánh điện thoại di động và một hoặc một số thao tác (vũ khí cổ điển) có tên WMM. Những hệ thống này có các tính năng sau: - nền tảng điện thoại di động có bánh xe, và mở rộng WMM, là những hệ thống nonholonomic; - họ thường kinematically dư thừa đối với nhiệm vụ phải đạt được; -. tính chất đại chúng, và do đó các tính chất năng động, của các nền tảng bánh và những người của các tay máy (s) là rất khác nhau Để những đặc điểm này, người ta phải thêm các khó khăn liên quan đến việc kiểm soát của robot và nhiệm vụ robot tự: - Giới hạn chung tránh; - đánh giá đầu vào cho các thiết bị truyền động; - số cấu hình tránh; - trở ngại tránh; - tip-over của hệ thống và kéo gỗ / trượt của bánh xe. Từ này tập hợp các khó khăn và đặc điểm, phương pháp tiếp cận khác nhau đã được phát triển để điều khiển WMM. Một lớp học đầu tiên của phương pháp được thừa kế từ các đề án kiểm soát đã được phát triển cho các thao tác. Những đề án kiểm soát đã được mở rộng đến WMM để chiếm đặc điểm riêng của họ. Trong số những phương pháp tiếp cận, các công trình tiên phong của H. Seraji1 có thể phân biệt được. Ông đề xuất một phần mở rộng của luật kiểm soát động học dựa vào trường hợp của một tay máy di động được trang bị với một nền tảng bánh (unicycl