A memetic approach to the inverse kinematics problem for robotic applications

González Uzcátegui, Carla

Publication:
A memetic approach to the inverse kinematics problem for robotic applications

dc.contributor.advisor	Blanco Rojas, María Dolores
dc.contributor.author	González Uzcátegui, Carla
dc.contributor.departamento	UC3M. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática	es
dc.date.accessioned	2015-01-19T09:09:43Z
dc.date.available	2015-01-19T09:09:43Z
dc.date.issued	2014
dc.date.submitted	2014-06-26
dc.description.abstract	The inverse kinematics problem of an articulated robot system refers to computing the joint configuration that places the end-effector at a given position and orientation. To overcome the numerical instability of the Jacobian-based algorithms around singular joint configurations, the inverse kinematics is formulated as a constrained minimization problem in the configuration space of the robot. In previous works this problem has been solved for redundant and non-redundant robots using evolutionary-based algorithms. However, despite the flexibility and accuracy of the direct search approach of evolutionary algorithms, these algorithms are not suitable for most robot applications given their low convergence speed rate and the high computational cost of their population-based approach. In this thesis, we propose a memetic variant of the Differential Evolution (DE) algorithm to increase its convergence speed on the kinematics inversion problem of articulated robot systems. With the aim to yield an efficient trade-off between exploration and exploitation of the search space, the memetic approach combines the global search scheme of the standard DE with an independent local search mechanisms, called discarding. The proposed scheme is tested on a simulation environment for different benchmark serial robot manipulators and anthropomorphic robot hands. Results show that the memetic differential evolution is able to find solutions with high accuracy in less generations than the original DE. -----------------------------------------------------------	es
dc.description.abstract	La cinemática inversa de los robots manipuladores se refiere al problema de calcular las coordenadas articulares del robot a partir de coordenadas conocidas de posición y orientación de su extremo libre. Para evitar la inestabilidad numérica de los métodos basados en la inversa de la matriz Jacobiana en la vecindad de configuraciones singulares, el problema de cinemática inversa es definido en el espacio de configuraciones del robot manipulador como un problema de optimización con restricciones. Este problema de optimización ha sido previamente resuelto con métodos evolutivos para robots manipuladores, redundantes y no redundantes, obteniéndose buenos resultados; sin embargo, estos métodos exhiben una baja velocidad de convergencia no adecuada para aplicaciones robóticas. Para incrementar la velocidad de convergencia de estos algoritmos, se propone un método memético de evolución differencial. El enfoque de búsqueda directa propuesto combina el esquema estándar de evolución diferencial con un mecanismo independiente de refinamiento local, llamado discarding o descarte. El desempeño del método propuesto es evaluado en un entorno de simulación para diferentes robot manipuladores y manos robóticas antropomórficas. Los resultados obtenidos muestran una importante mejora en precisión y velocidad de convergencia en comparación del método DE original.	es
dc.description.degree	Programa en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática	es
dc.description.responsability	Presidente: Pedro M. Urbano de Almeida Lima; Vocal: Cecilia Elisabet García Cena; Secretario: Mohamed Abderrahim Fichouche	es
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.uri	https://hdl.handle.net/10016/19900
dc.language.iso	eng	es
dc.rights	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España	*
dc.rights.accessRights	open access	es
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/	*
dc.subject.eciencia	Robótica e Informática Industrial	es
dc.subject.other	Articulated robots	es
dc.subject.other	Inverse kinematics	es
dc.title	A memetic approach to the inverse kinematics problem for robotic applications	es
dc.type	doctoral thesis	*
dc.type.review	PeerReviewed
dspace.entity.type	Publication