Detektering och Undvikning av Singularitet i ARES Haptic Enheten

• Main Author: Mercurio, Martti
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2012
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-99273

Inom utvecklingsområdet haptic är det fria arbetsområdet för singulariteten viktigare än själva singulära punkten när det gäller haptic-mjukvaran, då användaren spontant förflyttar verktyget för enheten och inte fritt kan planera en bana för att undvika singulära punkter. En singulär punkt i arbetsområdet tenderar att skapa komplexa förhållanden såsom oändliga krafter och moment i styr- o reglerteknik designen, som är en viktig del i haptic-applikationen. Det huvudsakliga syftet med denna studie var att upptäcka och undvika olika typer av singulariteter i olika delar av arbetsområdet och samtidigt optimera processtiden i ARES haptic enheten. För kartläggning av det fria arbetsområdet för singulära punkten används simulering och beräkning av arbetsområdet för ARES haptic enheten. Simuleringen beskrivs med hjälp av två metoder, där den ena metoden är aritmetiska intervallberäkningar för parallella robotstrukturer och den andra metoden bygger på att samla in stora mängder information om arbetsområdet genom simulering. Metoden för att undvika singularitet är anpassad för optimering av processtiden som tillhör Forward kinematiken, där processtiden är mindre än 1ms. För att kunna uppnå detta mål användes Modifierad Newton Raphson, en metod för att lösa iterationen av Forward Kinematik av den singulära punkten när verktyget för enheten är nära en singulär region. Ett antal experimentella åtgärder utfördes på ARES haptic enheten för att visa hur effektiv den utvecklade metoden med den undvikande strategin är för singulära punkter. Dessutom visar resultaten från simuleringarna och experimenten förbättringar i enheten. === In today´s advancements, a singular free workspace is essential in the case of haptic application, since the user controls the motion of the tool of the device; one cannot free plan a motion trajectory to avoid a singular point. A singular point in the workspace tends to create complex conditions such as infinite forces and torques when involving control design that is a key part of a haptic application. The main objective of the thesis is to detect and avoid types of singularity in different regions of the workspace, while optimizing the turnaround time for the ARES haptic device. The singularity free points detection approach is based on simulating and computing the workspace of the ARES haptic device. The simulation is described by applying two methods, where one is an interval arithmetic method for parallel robotic structure, the second one is to collect a large amount of information from the workspace by simulation. The singular point avoidance approach is adapted for optimization and avoiding Forward Kinematic singular points, while keeping turnaround time at less than 1ms. In order to achieve this goal, the Modified Newton Raphson method is used for solving the iteration of Forward Kinematics, singular points, when tool of the device is close to a singular region. The experimental measures were performed on the ARES haptic device to show the effectiveness of the developed approach. Moreover, the simulation and experimental results show improvements in the device.