Automating Kinematic Resolution of Redundant Planar Manipulators Using Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) Modeling

Les manipulateurs robotiques sont utilisés pour différents types d'applications telles que la fabrication, l'assistance médicale, l'entretien dans l'espace et bien d'autres. La nécessité de prendre en compte les limites articulaires dans la planification de trajectoire est complexe car la trajectoire cartésienne requise doit être projetée dans l'espace articulaire du manipulateur. Lorsqu'il y a plus d'articulations que le degré de liberté requis par la tâche, le manipulateur est redondant par rapport à cette tâche. Dans cette situation, le degré de liberté supplémentaire du manipulateur peut être utilisé pour éviter les limites articulaires. Ce mémoire étudie la possibilité de résoudre la cinématique inverse d'un manipulateur redondant à l'aide d'un système intelligent artificiel (ANFIS), tout en considérant les limitations articulaires. Un algorithme est proposé pour trouver la région réalisable de l'espace articulaire, tout en tenant compte des limitations de chaque articulation, et enregistrer cette région pour toutes les positions d'un point de l'outil du manipulateur dans l'espace de travail. L'algorithme construit un projeteur sur l'espace nul de la matrice Jacobienne afin d'effectuer un auto-mouvement du manipulateur, le long des deux directions de l'auto-mouvement, afin d'atteindre les deux limites de la région réalisable. En utilisant cette technique, la région réalisable fournie par la redondance est cartographiée sur chaque joint individuel pour avoir une meilleure compréhension des limitations provenant des autres joints. Le point médian de la région réalisable de l'articulation la moins stricte est sélectionné comme solution articulaire redondante et utilisé dans les formules cinématique inverse pour calculer la solution des autres articulations. Cet algorithme est utilisé pour trouver les limites de la région réalisable ainsi que la solution de norme minimale pour une grille de positions de l'outil couvrant l'ensemble de l'espace de travail du manipulateur. Ce jeu de données est utilisé comme données d'apprentissage par ANFIS afin de prédire ces valeurs sans avoir à utiliser cet algorithme laborieux, et proposer directement une solution articulaire redondante. Pour une trajectoire cartésienne donnée, la résolution de redondance du manipulateur s'effectue en temps réel en deux étapes. Tout d'abord, les positions finales du manipulateur sont introduites dans ANFIS afin d'obtenir la solution articulaire redondante. Deuxièmement, les formules cinématique inverse sont utilisées pour calculer les autres positions articulaires. La validation a été menée sur un manipulateur série planaire à trois degrés de liberté pour effectuer une tâche à deux degrés de liberté, le positionnement de son outil. Le manipulateur a un degré de redondance et l'auto-mouvement a été utilisé pour éviter les limites articulaires.