Меню
Публикации
2026
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2026-26-2-275-286
УДК 621.865.8
Интегрированный алгоритм управления для избегания препятствий и сингулярностей в роботе-манипуляторе
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Альвардат М.Я., Ал-Аражи Х.М. Интегрированный алгоритм управления для избегания препятствий и сингулярностей в роботе-манипуляторе // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2026. Т. 26, № 2. С. 275–286. doi: 10.17586/2226-1494-2026-26-2-275-286
Аннотация
Введение. Рассмотрена задача безопасного управления шестизвенным роботом-манипулятором в ограниченном рабочем пространстве, содержащем препятствия и потенциальные сингулярные конфигурации. Цель исследования заключается в разработке интегрированного алгоритма, обеспечивающего одновременное избегание препятствий и предотвращение сингулярных состояний при сохранении высокой точности позиционирования конца эффектора. Метод. Предлагаемый подход основан на сочетании пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора в декартовом пространстве и метода псевдоинверсии с демпфированием с проекцией вторичных задач в нуль-пространство, что позволяет поддерживать манипулируемость и стабилизировать управление вблизи сингулярных конфигураций. Для предотвращения столкновений используется метод искусственных потенциальных полей, формирующий отталкивающие скорости на уровне звеньев. Основные результаты. Результаты численного моделирования в двух сценариях показали, что предложенный алгоритм позволяет достигать заданных целей без коллизий, при этом остаточная погрешность позиционирования составляет менее 0,05 м, минимальная дистанция до ближайшего препятствия не опускается ниже 0,18 м, а индекс манипулируемости остается выше 0,8. Обсуждение. Полученные данные подтверждают эффективность и применимость разработанного решения для управления роботами-манипуляторами в режиме реального времени.
Ключевые слова: робот-манипулятор, избегание препятствий, сингулярности, метод псевдоинверсии с демпфированием, нуль-пространство, планирование траектории, метод искусственных потенциальных полей
Список литературы
Список литературы
1. Beck F., Vu M.N., Hartl-Nešić C., Kugi A. Singularity avoidance with application to online trajectory optimization for serial manipulators // IFAC-PapersOnLine. 2023. V. 56.N 2. P. 284–291. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2023.10.1582
2. Li Y., Zheng Y., Liu Y., Gao S., Song R. Damped least-squares optimization-based singularity configuration avoidance for manipulator // Proc. of the 2nd International Conference on Frontiers of Intelligent Manufacturing and Automation. 2024. P. 560–565. https://doi.org/10.1145/3704558.3705523
3. Ding X., Wang H., Ren Y., Zheng Y., Chen C., He J. Online control barrier function construction for safety-critical motion control of manipulators // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. 2024. V. 54. N 8. P. 4761–4771. https://doi.org/10.1109/tsmc.2024.3387434
4. Morton D., Pavone M. Safe, task-consistent manipulation with operational space control barrier functions // Proc. of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2025. P. 187–194. https://doi.org/10.1109/iros60139.2025.11246389
5. Ducaju J.M.S., Olofsson B., Robertsson A., Johansson R. Null-space compliance variation for safe human–robot collaboration in redundant manipulators using safety control barrier functions // Proc. of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2023. P. 5903–5909. https://doi.org/10.1109/iros55552.2023.10342181
6. Kim S., Yun S., Shin D. Numerical quantification of controllability in the null space for redundant manipulators // Applied Sciences. 2021. V. 11. N 13. P. 6190. https://doi.org/10.3390/app11136190
7. Wong C.-C., Tsai C.-Y., Lai Y.-C., Wong S.-W. Manipulability-aware task-oriented grasp planning and motion control with application in a Seven-DoF redundant dual-arm robot // Electronics. 2024. V. 13. N 24. P. 5025. https://doi.org/10.3390/electronics13245025
8. He X., Zhou Y., Liu H., Shang W. Improved RRT*-connect manipulator path planning in a multi-obstacle narrow environment // Sensors. 2025. V. 25.N 8. P. 2364. https://doi.org/10.3390/s25082364
9. Zhu T., Mao J., Han L., Zhang C., Yang J. Real-time dynamic obstacle avoidance for robot manipulators based on cascaded nonlinear MPC with artificial potential field // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2024. V. 71. N 7. P. 7424–7434. https://doi.org/10.1109/tie.2023.3306405
10. Liu J., Yang J., Mao J., Zhu T., Xie Q., Li Y., Wang X., Li S. Flexible active safety motion control for robotic obstacle avoidance: a CBF-guided MPC approach // IEEE Robotics and Automation Letters. 2025. V. 10. N 3. P. 2686–2693. https://doi.org/10.1109/lra.2025.3534519
11. Zhao Z., Yang X., Li Y., Xu Z., Zhao J., Liu H. Singularity analysis and avoidance for an SSRMS-type reconfigurable space manipulator with a non-spherical wrist and two lockable passive telescopic links // Chinese Journal of Aeronautics. 2024. V. 37. N 8. P. 435–459. https://doi.org/10.1016/j.cja.2024.01.014
12. Альвардат М., Ал-Аражи Х.М. Интеллектуальные методы управления траекторией робота манипулятора с предотвращением сингулярностей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2025. № 10. С. 115–128. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2025-10-10-115-128
13. Alwardat M.Y., Alwan H.M., Kochneva O.V. Comprehensive kinematic analysis for optimal performance of a 6-DOF robotic manipulator with prismatic joint (RRRRRP) // Russian Engineering Research. 2024. V. 44. N 11. P. 1640–1647. https://doi.org/10.3103/S1068798X24702691
14. Alwardat M.Y., Alwan H.M. Forward and inverse kinematics of a 6-DOF robotic manipulator with a prismatic joint using MATLAB robotics toolbox // International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2024. V. 11. N 117. P. 1096–1110. https://doi.org/10.19101/ijatee.2024.111100210
15. Alwardat M.Y., M’bolo O.E.-L., Benslimane Y., Alwan H.M. Intelligent control of rigid-link manipulators: a systematic review of recent advances and future trends // International Journal of Robotics and Control Systems. 2025. V. 5. N 3. P. 1949–1974. https://doi.org/10.31763/ijrcs.v5i3.2019
16. Alwardat M.Y., Alwan H.M. Redundancy-based obstacle avoidance with virtual force fields for high-dof robotic arm // International Journal of Advanced Research in Computer Science. 2025. V. 16. N 3. P. 15–21. https://doi.org/10.26483/ijarcs.v16i3.7221
17. Alwardat M.Y., Alwan H.M. Geometric Jacobians derivation and kinematic singularity analysis for 6-dof robotic manipulator // International Journal of Advanced Research in Computer Science. 2025. V. 16. N 1. P. 6–20. https://doi.org/10.26483/ijarcs.v16i1.7178
18. Альвардат М., Ал-Аражи Х.М. Оптимизация траектории робота с избеганием сингулярностей на основе ОМК и нечеткой логики // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2026. №. 1. С. 117–132. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2025-11-1-117-132
19. Альвардат М.Я., Ал-Аражи Х.М. Анализ сингулярностей робота-манипулятора с шестью степенями свободы с использованием MATLAB // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2025. Т. 68.№ 7. С. 643–647. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2025-68-7-643-647
