Энергоэффективность является актуальной проблемой современности, в том числе и в области робототехники. Существующие методы планирования траектории движения манипуляторов с избыточной подвижностью сталкиваются с рядом проблем, одной из которых является невозможность работы в режиме реального времени из-за высокой сложности алгоритма планирования. А существующие алгоритмы, работающие в режиме реального времени, существенно уступают в вычислительной сложности либо энергоэффективности при выполнении целевых операций. Поэтому, ранее, в статьях автора, был разработан итерактивный метод кусочно-линейной генерации траектории движения манипулятора. В данной статье проведен анализ вычислительной сложности метода итеративной кусочно-линей-ной генерации траектории движения трехзвенного антропоморфного манипулятора с 7-ю степенями подвижности в объемном пространстве с препятствием, аппроксимируемым гиперсферой, в режиме реального времени. Приведено короткое описание предложенного метода планирования траектории движения. Для передвижения между точками пути используется представление Денавита-Хартенберга с постановкой и решением задачи нелинейной оптимизации с целевой функцией минимизации энергопотребления при перемещении манипулятора в целевую точку. Описан исходный обобщенный алгоритм метода планирования пути. Рассмотрено количество операций, которые необходимо выполнить в процессе исполнения рекурсивного алгоритма. Распараллеливание ветвящегося рекурсивного алгоритма позволяет свести время его исполнения ко времени выполнения неветвящегося рекурсивного алгоритма с той же вычислительной сложностью и глубиной. Разработана формула, позволяющая подобрать значения переменных параметров алгоритма исходя из доступной вычислительной мощности и допустимым временем расчета, а также определить требования к вычислительной системе манипулятора на стадии разработки. Проведено сравнение с аналогами.
Energy efficiency is an actual problem of the present, including in the field of robotics. Existing methods for planning the trajectory of motion of manipulators with excessive mobility face a number of problems, one of which is the impossibility of working in real time mode due to the high complexity of the scheduling algorithm. Moreover, the existing algorithms that work in real time are significantly inferior to the accuracy of the target operations. Therefore, earlier, in the author's articles, an iterative method of piecewise linear generation of the manipulator's trajectory was developed. In this paper, we analyze the computational complexity of the numerical method of iterative piecewise linear generation of the trajectory of a three-link anthropomorphic manipulator with 7 degrees of mobility in a volume space with an obstacle, an approximated hypersphere, in real time. A short description of the proposed method of planning the trajectory of motion is given. To move between the waypoints, the Denavite-Hartenberg representation used, with the formulation and solution of the problem of nonlinear optimization with the objective function of minimizing energy consumption when the manipulator moved to the target point. The initial generalized algorithm of the path planning method described. The number of operations that must performed in the process of execution of a recursive algorithm is considered. Parallelizing the branching recursive algorithm allows you to reduce the execution time to the time of executing a non-branching recursive algorithm with the same computational complexity and depth. A formula developed that allows you to select the values of variable parameters of the algorithm based on the available computational power and the allowable calculation time, and to determine the requirements for the manipulator computer system at the development stage.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.