Planeación de trayectorias óptimas para robots manipuladores utilizando polinomios de octavo grado, algoritmos genéticos y técnicas de procesamiento en paralelo

Abstract

This thesis presents the development of a software platform for planning and optimization trajectories for robot manipulators. Many applications require smooth trajectories and the minimization of a performance index. The optimization algorithm presented minimizes the mechanical energy consumed in the robot manipulator or minimizes the path traveling time of a robot manipulator. It is introduced eighth-degree polynomial functions to generate smooth trajectories for the parametric representation of a given path. To solve the optimization model of the mechanical energy consumed in the robot manipulator, a genetic algorithm is implemented. To solve the optimization model of the path traveling time of a robot manipulator, a method based on a combination of a genetic algorithm and the numerical algorithm known as successive bisection method has been implemented. The software includes modules to solve the direct kinematics, the inverse kinematics, and the dynamics of the robot manipulator. To improve the execution time of the optimization algorithm, the developed software platform uses a parallel processing technique based on multithreading. This thesis includes a graphical interface to simulate the execution of a given trajectory.

Esta tesis presenta el desarrollo de una plataforma de software para la planeación y optimización de trayectorias de robots manipuladores. Muchas aplicaciones requieren de trayectorias suaves y de la minimización de un índice de eficiencia. El algoritmo de optimización presentado, minimiza el consumo de energía mecánica o minimiza el tiempo de traslado de un robot manipulador. Se introduce una función polinomial para generar trayectorias suaves, para la representación paramétrica de una ruta dada. Se implementa un algoritmo genético para solucionar el modelo de optimización de consumo de energía en el robot manipulador. Para la solución del modelo de optimización del tiempo de traslado, se implementa un método que combina un algoritmo genético con el algoritmo numérico conocido como método de bisecciones sucesivas. El software incluye módulos para la solución de la cinemática directa, la cinemática inversa y la dinámica del robot manipulador. Para mejorar el tiempo de ejecución del algoritmo de optimización, la plataforma de software utiliza una técnica de procesamiento en paralelo basada en multithreading. El software incluye una interfase gráfica para simular la ejecución de una trayectoria dada.