This article proposes a method with a potential field for optimizing the configuration of angular velocity to avoid joint limitations while following the desired orientation of the end effector of a redundant manipulator. In the practical application of inverse kinematics for redundant manipulators, the most important tasks include avoiding collisions and maintaining the workspace. The null space projection method has been used to solve inverse kinematics from redundancy with the additional task of avoiding angle limitations. However, because such tasks vary, they can interfere in maintaining the desired orientation and following the end effector's desired trajectory. Furthermore, because of the use of a pseudoinverse matrix, singular value decomposition is applied to each calculation to avoid singularity; however, this increases the calculation time. To resolve these problems, the proposed method optimizes the error between the desired and actual tasks using the potential field method and angular limitation value function. This renders the proposed method more intuitive for assigning additional tasks to the manipulator while avoiding joint limitations and obstacles in real time. In the simulation, the calculation time using the proposed method is confirmed to be shorter than that of the conventional method. Finally, the proposed approach is verified to be capable of avoiding obstacles and angle limitations when the method is applied to a manipulator with seven degrees of freedom in the experiment.

中文翻译：

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冗余机械臂运动学逆解的带势场修正构型控制

本文提出了一种具有势场的方法，用于优化角速度的配置，以避免关节限制，同时遵循冗余机械手末端执行器的所需方向。在冗余机械手逆运动学的实际应用中，最重要的任务包括避免碰撞和维护工作空间。零空间投影方法已用于解决冗余的逆运动学问题，并附带避免角度限制的附加任务。然而，由于此类任务各不相同，它们可能会干扰保持所需的方向和遵循末端执行器的所需轨迹。此外，由于使用了伪逆矩阵，每次计算都进行奇异值分解，避免奇异性；然而，这会增加计算时间。为了解决这些问题，所提出的方法使用势场法和角极限值函数来优化期望任务和实际任务之间的误差。这使得所提出的方法更直观地为机械手分配额外的任务，同时实时避免关节限制和障碍。在模拟中，使用所提出的方法的计算时间被证实比传统方法的计算时间短。最后，在实验中将该方法应用于具有七个自由度的机械手时，验证了所提出的方法能够避开障碍物和角度限制。所提出的方法使用势场法和角度限制值函数来优化期望任务和实际任务之间的误差。这使得所提出的方法更直观地为机械手分配额外的任务，同时实时避免关节限制和障碍。在模拟中，使用所提出的方法的计算时间被证实比传统方法的计算时间短。最后，在实验中将该方法应用于具有七个自由度的机械手时，验证了所提出的方法能够避开障碍物和角度限制。所提出的方法使用势场法和角度限制值函数来优化期望任务和实际任务之间的误差。这使得所提出的方法更直观地为机械手分配额外的任务，同时实时避免关节限制和障碍。在模拟中，使用所提出的方法的计算时间被证实比传统方法的计算时间短。最后，在实验中将该方法应用于具有七个自由度的机械手时，验证了所提出的方法能够避开障碍物和角度限制。使用所提出的方法的计算时间被证实比传统方法的计算时间更短。最后，在实验中将该方法应用于具有七个自由度的机械手时，验证了所提出的方法能够避开障碍物和角度限制。使用所提出的方法的计算时间被证实比传统方法的计算时间更短。最后，在实验中将该方法应用于具有七个自由度的机械手时，验证了所提出的方法能够避开障碍物和角度限制。