I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n   ( I J RA )   Vo l.   6 ,   No .   2 ,  J u n e   201 7 ,   p p .   1 4 1 ~1 5 0   I SS N:  2089 - 4 8 5 6 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r a. v 6 i2 . p p 1 4 1 - 15 0          141       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J RA   A  M ethod o f  Ex te nded Ja co bia n and  F ire fly Alg o r ith m   for t he  K ine m a tic  Analy s is   o f  Plana r  Ro bo ts       T .   Ra j a   P ra t ha b 1 ,  R.   Su j a   M a ni M a la r 2 ,  T .   Ahila n 3     1 El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   De p a rtm e n t,   S a ty a m   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o l o g y ,   In d ia   2 Na ra y a n a g u ru   S id h a a rth a   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   In d ia   3 Im m a n u e l  A ra s a r  JJ   Co ll e g e   o f   E n g in e e rin g ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   2 2 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Feb   22 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Mar   6 ,   2 0 1 7       P la n a r  ro b o ts  a re   o n e   o f   th e   o p ti m a l  ro b o t  f o rm   i m p a c ted   in   t y p ic a l  Ca rtes ian   p lan e .   It  c o n sists   o f   f ix e d   d iv isio n s  a n d   c o n n e c to rs  p o siti o n e d   i n   se ries   w h ich   o f fe rs  li k e   w o rk in g   o f   h u m a n   a r m .   T h e   o n e   e n d   o f   ro b o t  a rm   p o siti o n   is   f ix e d   a n d   t h e   o t h e r  a rm   o f   th e   ro b o t  m o v e   th ro u g h   th e   Ca rtes ian   p lan e   b y   m o d ify in g   th e   f ra m e w o rk   o f   a r m   jo in ts.   T h e   k in e m a ti c   a n a l y si s  o n   p lan a r   ro b o t  in c l u d e s  p o siti o n ,   v e lo c it y   a n d   a c c e lera ti o n   a re   v a li d a te d   n o t  b y   c o n sid e ri n g   th e   f o rc e   w h ich   c a u se   m o ti o n   to   ro b o t.   T h e   m a n ip u lato r  w it h   lac k   o f   d e sig n   a n d   f a u lt   t o lera n t  o p e ra ti o n   is  a n a ly ti c a l  f o r  a p p li c a ti o n   in   re m o te  a n d   th re a t  e n v iro n m e n t  w h e re   p e rio d ic  m a in ten a n c e   a n d   im p ro v e m e n ts  a re   n o t  a v a il a b l e .   T h e   m o st  a d v a n c e d   a rc h it e c tu re   a n d   o p e ra ti o n a l  f lex ib il it y   o f  ro b o ts  o ff e r   n e w   p ro b a b il i ty   a n d   a d v a n c e m e n t  in   a   larg e   sc a l e   o f   f a b rica ti o n   p r o c e ss .   T h is  p a p e r  p r o p o se s  in v e rse   k in e m a ti c   a n a ly sis  o f   P UMA   5 6 0   r o b o ti c   a r m   to   c o n c lu d e   l o n g   ra n g e   o f   f a u lt   to lera n c e .   T h e   p ro p o se d   w o rk   in c o rp o ra tes   Ja c o b ian   a n d   F iref ly   a lg o rit h m   a r e   g e n e ra ll y   u se f u l  f o r  d e ter m in in g   in v e rse   k in e m a ti c s  f o r  re d u n d a n t  r o b o ts.   K ey w o r d :   Fau lt to ler a n ce   F ir ef l y   alg o r it h m   K in e m atic  a n al y s is   P UM A   5 6 0   r o b o t m a n ip u la to r   R ed u n d an t r o b o ts   Co p y rig h t  ©   2 0 1 7   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T .   R a j a  P r ath ab ,    Hea d   o f   Dep ar tm e n t,  E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g i n ee r in g   Dep ar t m en t ,   Sat y a m   C o lle g e  o f   E n g in ee r i n g   an d   T ec h n o lo g y ,   I n d ia .   E m ail:  r aj ap r ath ab t@ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   R o b o ts   is   a  m ec h a n ical  s y s te m   h a s   t h e  ca p ac it y   f o r   ca r r y i n g   v ar io u s   k i n d   o f   ta s k s   i n   co n tr o lled   au to m at ic  m a n n er .   Gen er all y   r o b o ts   ar e  c o m p u ter ized   p r o g r a m m ed   s y s te m   a s s i g n ed   f o r   co m p le x   o p er atio n s   w h er e  h u m an   o p er ato r s   u n ab l e  to   p er f o r m .   T h e  r o b o ts   ar e   u tili ze d   in   f ield s   s u ch   a s   m i n u t e  m an u f ac tu r i n g   o f   p r o d u cts,  an d   it  in co r p o r a tes  t ask s   in c lu d es  r ad io ac ti v e  w h e r e  h u m a n   n o t  ab le  to   ca r r ied   o u t.  B y   co n s id er in g   th e  f o llo w i n g   f ac to r s   r o b o ts   tak e  a  s tep   f o r w ar d   an d   r eg ar d s   as ser v er s   to   t h e  u s er s .   T h e  ter m   k i n e m atics  r e f er s   to   th e  f ield   o f   s tu d y   r elate d   to   th e  m o tio n   o f   o b j ec ts .   T h e  k in e m atic  o f   r o b o ts   is   d ef in ed   as  th e  s tu d y   ca r r ied   o u t  in   th e  m ec h a n ical  m o tio n   o f   r o b o ts .   T h e  an al y s i s   o f   r o b o ts   in clu d es  th e  p o s itio n ,   v elo cit y   a n d   ac c eler atio n   o f   m ec h an ical  li n k s   an d   j o in ts   o f   r o b o ts .   T h e  k in e m a tic  a n al y s is   is   ca r r ied   o u t  b y   u ti lizi n g   t h e  a b o v e  f ac to r s   w h ich   te n d s   to   ca u s e   m o tio n .   T h e  r elati v it y   b et w ee n   t h e  r o b o tic   m o tio n ,   f o r ce   an d   to r q u e  is   an al y s ed   d u r in g   t h e  k i n e m atic  a n al y s i s .   T h e  r o b o tic  d esig n   a n d   f au lt  to ler an ce   f o r   ce r tain   r e m o te  a n d   t h r ea ted   en v ir o n m en ts   w h er e  p er io d ic  m ain te n an ce   an d   i m p r o v e m e n ts   ar e  n o t   ac h ie v ab le.   T h e  f au lt r ates i n   p r o d u cts co n s id er in g   t h r ea ted   en v ir o n m e n t s   ar e  co m p ar ati v el y   h i g h   [ 1 ] .   T h e  r o b o tic  s y s te m s   g e n er all y   co n s i s ts   o f   a  m ec h a n ical  m an ip u lato r ,   en d - ef f ec to r ,   m icr o p r o ce s s o r   an d   co n tr o ller   b ased   u s er   in ter f ac e  co m p u ter .   A   m ec h a n ical  m an ip u lato r   co n s ti tu te  n u m b e r   o f   lin k s   an d   j o in ts   to   f o r m   a  k in e m at ic  ch ai n .   T h e  j o in ts   in   th e  m an ip u lato r   ca n   b e  ac tu ated   w h i le  s o m e  o f   t h e m   ar e  n o t  p o s s ib le.   T h e  ac tu ated   j o in ts   in   a  t y p ica l  r o b o t  eq u als  to   th e  d eg r ee   o f   f r ee d o m   [ 2 ] .   I n   r ec en t  ti m es  s o m e  atte m p ts   h a s   u n d er g o n e  to w ar d s   t h e  r esear ch   i n   alter n a tiv e   d esi g n   o f   m an ip u lato r   b ased   o n   th e  p er ce p tio n   o f   k i n e m at ic  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n e   201 7   :   1 4 1   –   15 0   142   ch ain ,   b ec au s e  o f   t h e  f o llo w i n g   ad v an tag e s   w h ic h   is   c o m p ar ed   w ith   tr ad itio n al  o p en   k i n e m atic  ch a in   m an ip u lato r s   w h ic h   o f f er s   m o r e  r ig id it y   an d   ac c u r ac y   [ 3 ] .   T h e  r esear ch   o n   k i n e m atic s   o f   m ec h a n ical  s y s te m   ad v a n ce   i m m in e n t  to   t h e  co n f i g u r at io n   r eg ar d s   to   s in g u lar   p r o b lem s .   T h e  co n f i g u r atio n   ar e  d ef in ed   as  th e  J ac o b ian   m a tr ix ,   T h eses   m atr ice s   r elate d   w it h   in p u t  an d   o u tp u t  s p ee d s   b ec a m e  i n s u f f icie n t  [ 4 ] .   T h e  m a n ip u lato r   co n f i g u r atio n   ca n   b e  an al y s e d   u s in g   n u m er ical   tech n iq u es  t h at  w i ll  p o s itio n   an d   ad ap t  th e  en d   ef f ec to r   in   an   ap p etite  m an n er   in   t h e  r esear ch   f o r   t y p ical   g eo m etr y   ar m s   s i m u lta n eo u s l y   ( Go ld en - b er g ,   B en h ab ib ,   an d   Fen to n   1 9 8 5 ;  Go ld en b er g   an d   L a w r e n ce   1 9 8 5 ;  An g eles 1 9 8 5 ,   1 9 8 6 ) .   T h e  an al y s i s   o f   n u m er ical   m e th o d   u s es   m u lt id i m e n s io n al  N e w to n - R ap h s o n   o r   th e   s a m e  t ec h n iq u es   in d u ce d   f o r   f i n d in g   s o l u tio n s .   T h e  co m p u tat io n al  e f f ic ien c y   is   v alid ated   b y   ev al u ati n g   th e  in v er s e  J ac o b ian   o f   m an ip u lato r   at  d i f f er en t  p er io d s   [ 5 ] .   T h e  h y b r id   m a n ip u lat i o n   is   a   co m b i n ed   m o d el  o f   o p en   a n d   clo s ed   ch ai n   m ec h a n i s m   o r   a  f lo w   o f   p ar allel  m ec h an is m .   T h ese  t y p e  m an ip u lato r   g i v es  l i m ited   ef f i cien c y   to   s er ial  a n d   p ar allel  m a n ip u la to r s   an d   o f f er s   ap p licatio n s   f r o m   f lex ib ili t y   o f   w o r k   s p ac e  e f f icien c y   [ 6 ] .   P r ec is ely ,   m o r e  r esear ch es o n   t h e  d ex ter it y   o p ti m izatio n   o r   f lex ib ilit y   r atio   ar e  r elev an t to   t h e  k i n e m atic  ac c u r ac y   [ 7 ] .   T h e  r est  o f   th e  p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s :  t h e  r elate d   r esear ch   w o r k   o n   t h e  i n d u s tr ial  r o b o t  f au lt   to ler an ce   is   g iv e n   i n   s ec tio n   2 .   T h e  p r o b lem   f o r   t h e  p r o p o s ed   w o r k   is   d er iv ed   i n   t h e  s ec ti o n   3 .   T h e  p r o p o s ed   s y s te m   f o r   th e   er r o r   m i n i m iza tio n   i s   d escr ib ed   i n   t h e   s ec tio n   4 .   T h e  i m p le m en tatio n   r es u l ts   a n d   d is c u s s io n   is   g iv e n   i n   s ec tio n   5   an d   in   t h e  s u b s eq u e n t sectio n   th e  co n clu s i o n   an d   r ef er en ce   to   t h e  p ap er   i s   g i v en .       2.   RE L AT E D  WO RK   So m e  o f   t h e  r ec en t  r esear ch   r elate d   to   th e  f a u lt  lo ca tio n   in   d is tr ib u tio n   s y s te m   is   l is ted   b elo w :   B en - Gh ar b ia,   K.   M.   et  al   [ 8 ]   h ad   p r o p o s ed   a  s tr ateg y   f o r   d is tin g u is h i n g   all  th e  k i n e m ati c  p lan s   o f   s p atial  p o s itio n in g   m a n ip u lato r s   th at   ar e  id ea ll y   f au lt   to ler an t  i n   a  n ea r b y   s e n s e.   B y   u tili zi n g   a  t y p ica l  m ea n i n g   o f   ad ap tatio n   to   in ter n al  f ail u r e,   i.e . ,   th e  p o s t - f ail u r e  J ac o b ian   h as  th e  b ig g e s t  co n ce iv ab le  le ast  s o litar y   estee m   o v er   all  co n ce iv ab le   s i n g le  b o lted   j o in t  d is ap p o in t m e n t s .   T h e  s u b s ta n tia l  g r o u p   o f   p h y s ical  co n tr o ller s   t h at   co u ld   ac co m p li s h   th i s   id ea ll y   d is ap p o in t m e n t  to ler an t  ar r an g e m e n t  w as  t h e n   p ar a m eter i ze d   an d   s o r ted .   I n   wh ic h   a  g e n er al  co m p u tatio n al  m et h o d   to   ass es s   t h e  s u b s eq u en t  m a n ip u lato r s   a s   f ar   as  th eir   w o r ld w id e   k in e m at ic  p r o p er ties ,   w it h   a n   ac ce n tu a tio n   o n   d is ap p o in t m e n t  r esi s tan ce   w as  p r o d u ce d .   A  f e w   m a n ip u lato r s   w it h   a  s co p e  o f   al lu r i n g   k in e m atic   p r o p er ties   ar e  ex h ib ited   an d   ex a m i n ed ,   w i th   a  p ar tic u l ar   ca s e  o f   ad v a n ci n g   o v er   a  g iv e n   clas s   o f   co n tr o lle r s   th at  h a v e  a  p r ed ef in ed   k in e m atic  li m ita tio n .   R ep p a,   V.   et  al   [ 9 ]   in tr o d u ce d   th e  d es ig n   a n d   i n v esti g at io n   o f   a  s tr ateg y   f o r   r ec o g n izin g   a n d   s eg r e g atin g   n u m er o u s   s e n s o r   f ail u r es  i n   v a s t  s ca le  i n ter co n n ec ted   n o n lin ea r   f r a m e w o r k s .   T h e  f o u n d atio n   o f   th e  p r o p o s ed   d ec en tr alize d   a p p r o ac h   w as  t h e  d esi g n   o f   a  n ea r b y   s e n s o r   f ai lu r es  d et er m in a tio n   o p er ato r   d ev o ted   to   ea ch   in ter co n n ec te d   s u b s y s te m ,   w it h o u t  th e  n ee d   to   s p ea k   w ith   n eig h b o u r i n g   a g en t s .   E v er y   n ea r b y   s en s o r   f ail u r es  d eter m i n atio n   o p er ato r   w as  i n   ch ar g e  o f   r ec o g n izi n g   an d   d is co n n ec ti n g   v ar io u s   f ai lu r es  i n   t h e   n ea r b y   s e t  o f   s e n s o r s .   T h e  n ea r b y   s en s o r   f ai lu r e  a n al y s i s   o p er ato r   co m p r is es   o f   a   b an k   o f   m o d u les   th a t  s cr ee n   li ttler   g a th er i n g s   o f   s e n s o r s   i n   t h e  co m p ar i n g   n ea r b y   s e n s o r   s et.   T h e  d is co v er y   o f   f ail u r es  i n   ea c h   o f   th e   s en s o r   g ath er i n g s   is   led   u tili zi n g   lo g ical  ex ce s s   r elatio n s ,   d ef i n ed   b y   o r g an ized   r esid u als  an d   v er s atile  ed g es .   T h e  d if f er en t  s e n s o r   f ail u r es   co n f i n e m e n t  i n   e v er y   n ea r b y   s e n s o r   f ail u r e  an al y s is   w a s   ac k n o w led g ed   b y   co llectin g   th e  d ec is io n   o f   t h e   m o d u les  an d   ap p l y in g   d e m o n s tr ati v e  th in k i n g   b ased   d ec is io n   in f er en ce .   T h e  ex ec u t io n   o f   t h e  p r o p o s ed   an al y tic   p lan   w as  b r o k e   d o w n   as  f o r   s en s o r   f a ilu r e   p er ce p tib i lit y   a n d   d i f f er e n t   s en s o r   f ailu r e  r ec lu s io n .   A   s i m u latio n   ca s e  o f   t w o   i n ter co n n ec ted   r o b o t  m an ip u lato r s   w as   u tili ze d   to   r ep r esen t   th e  u s e  o f   t h e  v ar io u s   s e n s o r   f ailu r e  d is co v er y   a n d   co n f in e m en t stra te g y .   B en - G h ar b ia  et  al  [ 1 0 ]   p r o p o s ed   a  s tr ate g y   to   p r o d u c e  p h y s ical l y   f ea s ib le  J ac o b ian s   t h at  ar e  n ea r   b ein g   id ea l.  I t  w as  f u r t h er   d em o n s tr ated   th at  th er e  ex is t  7   u n iq u e  m an ip u lato r s ,   f r o m   a  s o litar y   J ac o b ian ,   th at  h av e  a  s i m ilar   n ea r b y   ad ap tati o n   to   n o n - cr itical  f ail u r e  p r o p e r ties .   T o   ass ess   th e  w o r ld w id e  p r o p e r ties   o f   th ese   d is tin ct iv e  m an ip u lato r s ,   a  s y s te m   f o r   f i g u r i n g   s ix - d i m e n s i o n al  f ail u r e  to ler an t  w o r k s p a ce s   w a s   ex h ib ited .   T h e  s p an   o f   th e s e  w o r k s p ac es  ch an g e  es s en t iall y   a m o n g   t h es e  7   m a n ip u la to r s .   T o   clar if y   n o n   d r ea r y   is s u es,  Xiao ,   L   et  al  [ 1 1 ]   p r o p o s ed   a n d   r esear ch ed   a  n o v el  R ep etit iv e  Mo tio n   P lan n i n g   ( R MP )   p lo t  ( n a m ed   s p ee d in g   u p   lev el  R MP   co n s p ir e) ,   w h ic h   w as  s ett led   at  th e  j o in t - q u ic k e n in g   lev el  i n s tead   o f   at  t h e  j o in t - s p ee d   lev el.   T h e  p lan   w a s   th e n   r ef o r m u lated   as  a  q u ad r atic  p r o g r a m   ( QP )   s u b j ec t  to   b alan ce   an d   b o u n d   r eq u ir e m en ts .   Fo r   t h e  r ea s o n s   f o r   ex p er i m e n tatio n ,   a  d is cr ete - ti m e  QP   s o lv er   w a s   cr ea ted   f o r   th e  ar r an g e m e n t  o f   th e  r es u lta n t  QP .   B y   ex te n s i o n ,   th e  w o r ld w id e  j o in in g   o f   s u c h   a  d is cr ete - ti m e   QP   s o lv er   is   d is p la y ed   an d   r es ea r ch ed .   C o m p ar is i o n   b et w ee n   t h e  n o n - r ep etiti v e  m o tio n   a n d   R E P   ap p r o v e  th e   ad eq u ac y   an d   p r ed o m in a n ce   o f   t h e  p r o p o s ed   p l o t.  A ll  t h e  m o r e  v itall y ,   t h e  p r o p o s ed   p lo t  an d   th e  co m p ar i n g   d is cr ete - ti m e  QP   s o lv er   ar e  ac tu alize d   o n   a  s ix - co n n ec t  p lan ar   r o b o t  co n tr o ller .   T h e  tr ial  c o m e s   ab o u t  f u r th er   s u b s ta n tiate  t h eir   p h y s ica l u n w a v er in g   q u al it y ,   p r o d u ctiv it y ,   an d   p r ec is io n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       A  M eth o d   o f E xten d ed   J a co b i a n   a n d   F ir efly  A lg o r ith m  fo r   th e  K in ema tic  A n a lysi s   o f  ...  ( T.  R a ja   P r a th a b )   143   P en g   Qi  et  al  [ 1 2 ]   ex h ib ited   a n   ex p er i m en t  o n   k in e m atic  co n tr o l  o f   co n ti n u u m   co n tr o ller s   u tili zi n g   a  f l u f f y   m o d el - b ased   ap p r o ac h .   A   f u zz y   m a n ip u la to r   w a s   p r o p o s e d   f o r   s elf - s u f f icie n t  e x ec u t i o n   o f   e n d - e f f ec to r   d ir ec tio n   tr ac in g   f u n ctio n   f o r   a  co n tin u u m   m a n ip u lato r .   E s p ec iall y ,   p ar ticip atio n   ca p ac iti es  w er e  u til ized   to   co n s o lid ate  t h e  li n ea r ized   s tat e - s p ac e  m o d els,  to   ac co m p li s h ,   g e n er all y   s p ea k i n g ,   a  f u zz y   m o d el.   T h e  f u zz y   m o d el  ca n   o u tl in e  t h e  f u zz y   co n tr o ller ;  in   t h is   ap p r o ac h   p r o ce d u r e  is   u p h eld   b y   an   ex h a u s tiv e  s ec u r it y   in v e s ti g atio n .   T h is   co n tr o l  s y s te m   e m p o w er s   an   a n s w er   w i th   lo w   co m p u tat io n al  p r er eq u is ites   to   th i s   m o v e m e n t  co n tr o l  i s s u e  -   t h er e  w as   n o   co m p ell in g   r ea s o n   to   ce aseles s l y   o v er h a u l  t h e  J ac o b ian   o f   t h e  co n tin u u m   co n tr o ller .   T h e  ex ce p tio n al  ex ec u tio n   o f   t h is   co n tr o ller   w a s   ap p r o v ed   in   MA T L A B   s i m u latio n s   an d   co n tr asted   w i th   t h o s e  o f   estab lis h ed   co n tr o ller s   f o u n d   in   t h e  r esear c h .   T h e  v alid atio n s   o n   a  q u ic k   p r o to ty p ed   co n tin u u m   co n tr o ller   ad d itio n all y   co n f ir m   t h e  p r ac ticalit y   a n d   th e  b en e f it s   o f   t h is   f u zz y   co n tr o ller   w it h i n   t h e  s i g h t o f   d is p la y in g   d is p ar ities   an d   eq u ip m en t e r r o r s .         3.   M O DE L L I N G   O F   E X T E N DE D  J ACO B I AN  O P T I M I Z AT I O N  P RO B L E M   T h e  m ai n   cr iter ia  d i s cu s s ed   th r o u g h o u t  th is   p ap er   is   to   d esig n   an d   f ab r icate   th e  r o b o t  m a n i p u lato r   o f   r o b o t  w it h   h i g h   g r ad e  o f   f a u lt   to ler an ce .   T h e  k in e m atic  a n a l y s i s   o f   r o b o t  is   u n d er g o n e  u s in g   a  p r o to t y p e  o f   P u m a  5 6 0   r o b o t  w ith   s i x   d eg r ee   o f   f r ee d o m .   T h e  m a n ip u la t o r   is   ta k e n   f o r   th e   k in e m atic   a n al y s i s   i n co r p o r ates   r o b o tic  ar m .   T h e  an al y s i s   is   ca r r ied   o u t  b y   u s i n g   E x ten d ed   J ac o b ian   an d   f ir e f l y   a lg o r ith m .   T h e  in v er s e   k in e m at ics  o f   r o b o t  ar m   i s   u til ized   f o r   o b tain   h i g h   g r ad e  o f   f au lt  to ler a n ce   i s   an a l y s ed   b y   f i r ef l y   alg o r it h m .   I n   th e  in v er s e  a n al y s i s   th e  o u tp u t   o f   th e  r o b o t jo in t a n g les is   t h e   co o r d in ates o f   en d   ef f ec to r .     3 . 1 .     I nv er s e  K ine m a t ics o f   P UM A  5 6 0   r o bo t ic  a rm       T h e  P UM A   ( P r o g r am m ab le  Un i v er s al  Ma ch i n e  f o r   A s s e m b l y )   5 6 0   m ac h in e  i s   d esig n ed   w it h   6   d eg r ee   o f   f r ee d o m   w it h   6   j o i n ts   a n d   lin k s .   An   ap p r o p r iate   ex a m p le  f o r   s er ial  ch ain   m ac h in e  i s   P UM A   5 6 0   r o b o t  w h ic h   i s   d esi g n ed   f o r   u s in g   i n   in d u s tr ie s   m an u f ac t u r ed   b y   U n i m atio n . I n c. ,   d escr ib e d   in   f i g   1   [ 1 3 ] .   T h e  tr u ck   o f   t h e  r o b o t  is   s tatio n ar y   an d   f i x ed   o n   a  tab le  o r   f lo o r .   T h e  s h o u ld er   p o r tio n   o f   t h e  r o b o t  r o tates  ab o u t  a  v er tical  ax is   w it h   r esp ec t  to   t h e  tr u n k   o f   t h e  r o b o t.  T h e  r o b o t  u p p er   ar m   r o tates  ar o u n d   h o r izo n tal  ax is   w it h   r esp ec t  to   th e  s h o u ld er   an d   t h ese  k i n d   o f   r o tatio n   is   ter m ed   as  s h o u ld er   j o in t  r o tatio n .   T h e  f o r e ar m   o f   r o b o t   r ev o lv es  ar o u n d   h o r izo n tal  d ir ec tio n   w it h   r esp ec t  to   u p p er   ar m .   T h e  r o b o t   w r is t  co n s tit u tes  o f   t h r ee   f i x ed   b o d ies  w it h   t h r ee   o th er   r o tatio n s .   T h u s   t h e  r o b o t  ar m   co n s is t s   o f   s e v e n   f ix ed   b o d ies  an d   s i x   j o in ts   co n n ec ti n g   th e  f ix ed   b o d ies.   T h e  s ix   d eg r ee - of - f r e ed o m   P UM A   5 6 0   r o b o t m a n ip u lato r   as s h o w n   i n   Fi g u r e  1 .           Fig u r e  1 .   T h e  s ix   d eg r ee - of - f r e ed o m   P UM A   5 6 0   r o b o t m a n i p u lato r       T h e  esti m atio n   o f   co o r d in ates   in   r o b o t   k in e m atics  o f   a  s tati c  r ed u n d an c y   m an ip u lato r   is   d ef in ed   i n   eq u atio n   ( 1 )     r x z F F x t d , :               ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n e   201 7   :   1 4 1   –   15 0   144   W h er e;  „ d ‟   is   t h e  d eg r ee s   o f   f r e ed o m   i n   m a n ip u lato r   an d   „ t ‟   is   th e  s p atial  ta s k   f ield .   I n   t h e  s ta tic  r ed u n d an c y   m a n ip u lato r s   t d   an d   th e  n u m b er   „ n ‟   ( t d n )   is   d ef in ed   as  th e  r ed u n d a n c y   d e g r ee   o f   th e  k in e m at ics.    L et  r r x r J   b e  th e  J ac o b ian   an al y s i s   o f   m a n ip u lato r s .   T h e  eq u atio n   ( 1 )   d e r iv es  th e  k in e m atic s   o f   m a n ip u lato r   an d   th e  p o in t  o f   in cl in at io n   b e  s z   in   task   f ield .   T h u s   th e  i n v er s e  k i n e m atic  p r o b lem   i s   d ef i n ed   as:  d eter m i n e  t h e  p o in t  o f   j o in ts s r   th at  w ill   b e s s z r x .   T h e  J ac o b ian   I n v er s e  Ki n e m a tics   ( J I K)   alg o r ith m   is   in d u ce d   to   o b tain   a  r em ed y   f o r   th e  p r o b lem s   r e g ar d in g   in v er s e  k in e m atic s .   A   co n ti n u at io n   m e th o d   is   u tili ze d   f o r   d er iv in g   J I K  alg o r ith m   [ 5 ] .   T h e  f u n d a m en tal  co m p o s itio n   b e 0 r ,   b y   d ef in i n g   a  cu r v e  u r   in   j o in t   f ield s   w h ic h   p ass   th r o u g h   a  m ed iu m   as  0 r   an d   th e  co r r e lativ e  er r o r   o f   task   f ield   alo n g   t h is   c u r v e   s z u r x u w   d ec r ea s es a g g r es s i v el y   w ith   e x ti n ctio n   r ate 0 ,   th en   ( 2 )     u w u u w d d                 ( 2 )     T h u s   th e  W az e w s k i – Da v id en k o   eq u atio n   is   i n d u ce d   in   t h e  b elo w   eq u atio n   to   ev al u ate  t h e  er r o r   r ate   ( 3 ) .     s z u u w u r J u r x d d               ( 3 )     I f   th e  r i g h t i n v er s e  o f   t h e  J ac o b ian   b e  r J   an d   t g u J r J   th en   it o f f er s   a  d y n a m ic  s y s te m   ( 4 )     u w r J u r                 ( 4 )     W h er e,   th e  r esu l t o f   th e  i n v er s e  k in e m atic  p r o b le m   ar is e  w it h   a  li m it r an g e  b e   ( 5 )     u r z u s l i m                 ( 5 )     Fre q u en tl y ,   t h e  J I K  alg o r ith m s   u til ize  J I   p s eu d o   at  r o u tin e  m an ip u lato r   j o in t  p o in ts ,   w h i ch   is   d ef i n ed   in   t h e   b elo w   eq u atio n   ( 6 ) .     1 r J r J r J r J I I q               ( 6 )     T h e  E x te n d ed   J ac o b ian   I n v er s e  ( E J I )   o f f er s   in   t h e  f o llo w i n g   w a y .   T h u s   b y   i m p le m e n ti n g   th e  k i n e m a tic  m ap   in   th e  f o llo w i n g   eq u atio n   ( 7 ) .     h d n r p k F F y h d , ~ , :             ( 7 )     B y   t h e  i m p le m e n tatio n   o f   m ap   in   eq u atio n   ( 2 )   th e  e x ten d ed   k in e m atics i s   d ef i n ed   as b elo w   ( 8 ) .       r M z F F k z M d d , : ,             ( 8 )     W h er e,   ex ten d ed   J ac o b ian   r r M r J   an d   m u tate  t h e  j o in t f ield s   w h ic h   g iv e s   s tr u ctu r e  to   th e  E J K   ( 9 ) .     c o l u m n s f i r s t 1 v o r J r J               ( 9 )     B y   o u tli n e,   t h e  E J K  i s   a  co r r ec t  co n v er s e  o f   th e   J ac o b ian   an d   h as  t h e  d e s tr u ctio n   p r o p er ty .   I n   s tr u ct u r e  s a v v y ,   th e  ex te n d ed   J ac o b ian   is   an   o p p o s ite  o f   J ac o b ian   w it h   a  p r o p er t y   o f   ex t in ct io n   ( 1 0 - 11 ) .     t o G r J r J                   ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       A  M eth o d   o f E xten d ed   J a co b i a n   a n d   F ir efly  A lg o r ith m  fo r   th e  K in ema tic  A n a lysi s   o f  ...  ( T.  R a ja   P r a th a b )   145   0 0 r J r r k                 ( 1 1 )     I t  is   s tr o n g l y   e x p lain ed   t h at  t h e  ex te n d ed   J I K  alg o r ith m   is   r e p ea tab le.   A   s u b s ti tu te   to   th e  J ac o b ian   in v er s e  b e   ch an g ed   lo g icall y   J ac o b ian   in v er s e  i s   d ef in ed   b y   O u s s a m a   Kh atib   i n   [ 1 4 ] .   T h e  f o llo w in g   eq u atio n   d ef i n e  t h e   j o in t f ield   d ir ec tio n   ( 1 2 ) .     r X r r r B r r N ˆ ˆ ,               ( 1 2 )     W h er e  r N r N o is   th e  i n er tia  m atr i x   w i t h   v ec to r   b e  r r r B ˆ ˆ ,   d ef in es  t h e  i m p a ct  o f   th e  ce n tr i f u g al  a n d   C o r io lis   f o r ce s ,   r X   b e  th e  g r av it y   f o r ce   v ec to r   an d     is   th e  v ec to r   o f   g en er ic  j o in t  ex ac tio n .   C o n d itio n   s u c h   as  n o n - r ed u n d an t  m a n ip u lato r s   t h e  b asic  r elatio n s h ip   b et w ee n   e n d - e f f ec to r   ex ac tio n   S   an d   j o in t  to r q u es     is   d ef in ed   i n   th e  f o llo w i n g   eq u atio n   b elo w   ( 1 3 ) .     S r J o                   ( 1 3 )     T h e  r elativ e  id en tit y   b et w ee n   th e  es s en tial  tas k s   co lla b o r ate  w i th   j o in t  a n d   tas k   f ield .   T h e  q u alit y   b ec o m e  f r ag m e n ted   f o r   th e  d y n a m ic  r ed u n d a n t  m an ip u lato r s .   Gen er all y   t h e  r ed u n d an t  m an ip u lato r   ar e  n o t   s tatic  a n d   attai n s   an   e ter n it y   o f   j o in t  to r q u e  v ec to r   w h ic h   e m p lo y   w i th o u t  t h e  r es u lti n g   f o r ce   at  th e  e n d   ef f ec to r .   B y   co n s id er i n g   th e   ab o v e  f ea t u r es  t h e  e n d   ef f ec t o r   an d   j o in t  to r q u es  d ef i n es  as  in   th e   f o llo w i n g   eq u atio n s   ( 1 4 ) .     0 r J r J G S r J o o d o             ( 1 4 )     W h er e,   0   is   th e  n o r m a l  ar b itra r y   j o in t  to r q u e  v ec to r   an d   o J   b e  t h e  n o r m a l  in v er s e  o f o J .   Fr o m   t h e  eq u atio n   ( 1 4 )   it  clea r ly   s h o ws  it  d ep en d s   o n o J .   T h e  b elo w   e q u atio n   ( 1 5 )   d ef in es  t h e  j o in t  to r q u e  to   th e  m o v e m e n t o f   m an ip u lato r .     0 , r J r J G S r J r X r r r B r r N o O d o       ( 1 5 )     Fo r   th e  ev al u atio n   o f   ac ce l er atio n   o f   p r o ce s s   a n d   f o r ce ,   th e  eq u atio n   ( 1 5 )   m u lt ip lied   b y   t h e  m atr i x r N r J 1 .   B y   u til izin g   th e  d i f f er e n tial  r r J r r J z ) (   an d   th e  co m p u tat io n al  eq u atio n   is   d er iv ed   as   b elo w   ( 1 6 ) .     0 1 1 1 1 1 , r J r J r N r J S r J r N r J r X r N r J r r J r r r B r N r J z o o o   ( 1 6 )     Fro m   eq u atio n   ( 1 6 )   w h ic h   co m m u n icate s   th e  r elatio n   b et wee n   th e  o p er atio n al  in cr ea s i n g   v elo cities  z an d   th e   f o r ce S .   I t  ca n   b e  s ee n   th at  t h e  len g t h   o f   th e  ter m   0 1 r J r J G r N r J o o is   n o n – ze r o   th e  o p er atio n al  p o in t  is   in f l u en ce d   b y 0 .   A ll  to g et h er   f o r   th e  j o in t  to r q u es  co n n ec ted   w it h   th e  i n v al id   s p ac e  in   ( 1 4 )   to   n o t d eliv er   an y   s p ee d i n g   u p   at  en d - ef f ec to r ,   it is   i m p o r tan t th a t   ( 1 7 - 20 )     0 0 1 r J r J G r N r J o o             ( 1 7 )     r J r E r N r J r N r J o o 1 1             ( 1 8 )     o o o r J r N r J r J r J r N 1 1             ( 1 9 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n e   201 7   :   1 4 1   –   15 0   146   1 1 1 r J r N r J r J r N r J o o             ( 2 0 )     Fro m   th e  ab o v e  eq u atio n   ( 1 7 )   it  d ef in e s   th e  r eg u lar   J ac o b ian   in v er s e  a n d   it  is   s aid   to   b e  p r o g r ess iv e  s tead y   J ac o b ian   in v er s e   ( 2 1 ) .     1 1 1 r J r N r J r J r N r J o o BX           ( 2 1 )     Fo r   o b tain   a  n o v el  ex ten d ed   J ac o b ian   w h ic h   i s   s i m i lar   to   th e  p r o g r ess iv e  s tead y   J ac o b ian .   T h e  m ain   f ac to r   is   to   d eter m i n e  r elati v e  is s u e s   a n d   to   f i n d   an   E J K r J Q   th at  r elate s   in   an   id ea l  p at h   to   th e  p r o g r es s iv e  s tead y   in v er s e r J XC .   So licit th e  ap p r o ac h   co m m e n ce d   in   [ 1 7 ] ,   o f f e r   a  co u p le  o f   m atr ices   ( 2 2 - 23) .     r P r J r Xk r J r Q Q 1 1             ( 2 2 )     r L r N r J r L r J r Q BX o 1 1 2           ( 2 3 )     W h er e  r k is   d ef in ed   as   th e   en h a n ce d   k in e m atic s   m ap ,   r r k r Xk   an d   m at r ix   r L   h as  t h e  s u b s eq u en t   p r o p er ties   s u ch   a s   ( 2 4 - 25)     0 1 r L r N r J                 ( 2 4 )     n o G r L r N r L 1                 ( 2 5 )     W h er e,   d F P in f er r ed   as  th e  ar r an g e m en t  o f   r o u ti n e  d esig n s ,   f r o m   th e  co n d itio n s   ( 2 2 )   an d   ( 2 3 )   th e  er r o r   r ate  is   ch ar ac ter ized   as  ( 2 6 )   th e  Fro b en iu s   s tan d ar d   o f   r elativ e  m ea s u r e  b et w ee n   r J BX   an d r J Qr .     , d 2 2 1 1 L S d r r t G r Q r Q k Q             ( 2 6 )     W h er e,   r r t d in f er s   th e   v o lu m e  s h a p e  w i th   r J r N r J r t o 1 d et   [ 1 7 ] .   Su b s tit u ti n g   t h e  co n d itio n   ( 2 2 )   an d   ( 2 3 )   in to   ( 2 6 )   th e  er r o r   r ate  f u n ctio n   is   c h ar ac ter ized   as   ( 2 7 )     L n o BX r r t G r L r N r Xk r Xk r T r Xk k Q d 2 tr 1     ( 2 7 )     W h er e;  . 1 1 r N r L r L r N r J r J r T o o BX BX BX     T h e  en h a n ce d   k i n e m a tics   o f f er   r ed u ctio n   o f   er r o r   f u n ctio n   ( 2 7 )   an d   allo w   u s   to   p r o p o s e  n e w   ex ten d ed   J ac o b ian .       4.   P RO P O SE D  F I R E F L Y  O P T I M I Z AT I O N  F O R  T H E   A P P RO XIM AT I O N  E R RO R  M I NI M I Z AT I O N   T h e  f ir ef l y   i s   a  m etah e u r is tic  alg o r ith m   w a s   i m p le m e n ted   b y   Xi n   S h e  Ya n g   [ 1 5 ]   ap p r ec ia ted   b y   th e   lig h tn in g   p r o p er ty   o f   f ir ef lie s .   T h e  f ir ef l y   al g o r ith m   ca lc u lat io n   is   d ev e lo p ed   w it h   t h e  th r e e  o p tim a l  q u alit ies   o f   u n iq u e  f ir ef l ies.  T h ese  s p ec if ic  attr ib u tes ar e,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       A  M eth o d   o f E xten d ed   J a co b i a n   a n d   F ir efly  A lg o r ith m  fo r   th e  K in ema tic  A n a lysi s   o f  ...  ( T.  R a ja   P r a th a b )   147   a)   T h e  en tire   q u an titi es  o f   f ir e - f l ies  ar e  co n s id er ed   w it h   s a m e  s o r t  o f   s ex .   A t  t h at  p o in t  j u s t  th e y   p u lled   in   to w ar d s   t h e  f ir e f l y   w h ic h   h as  m o r e  n o te w o r t h y   lu s tr e.     b)   I f   t h e  s ep ar atio n   b et w ee n   t h e  f ir e - f lie s   b u ild s   it  n at u r all y   d i m i n is h e s   t h e  l u s tr e   o f   th e   f ir ef lies .   T h er e  is   n o   f ir e - f l y   h av i n g   m o r e  n o te wo r th y   l u s tr e  t h an   t h e  s p ec i f ic  o n e  th e n   it  m o v e s   in   a n   ir r eg u la r   w a y .     c)   T h e  f ir ef l y   l u s tr e  is   r ec o g n ize d   b y   th e   tar g et  ca p ac it y   o f   t h e   p r o p o s ed   w o r k .   I n   t h e  e v en t  t h at  t h e  g o al  is   th e  au g m en tatio n   w o r k   t h e n   lu s tr e  is   r elativ e  to   t h e  en d p o in t  f u n ctio n .   T h e  lig h ti n g   o f   f ir ef l y   is   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   t h e   f ir e - f lies   attr ac ti v e n ess .   T h e  g iv e n   eq u a tio n   d escr ib es th e  lu s tr e  o f   f ir ef l ies   ( 2 8 ) .     2 0 us l                   ( 2 8 )       T h e  r elatio n   0   d escr ib ed   as  th e  f ir ef l y   a ttra ctiv e n e s s ,   s   is   th e  d i s tan ce   b et w ee n   ea ch   f ir ef lies .   T h e   C ar tesi a n   f o r m   is   u tili ze d   f o r   d ef in i n g   th e  d is tan ce   ( 2 9 ) ,     m r rm s s s                   ( 2 9 )     W h er e,   rm s   b e  th e   r elativ e   d is t an ce   o f   f ir ef lie s   r an d m .   T h u s   th e  f ir e f l y   m o v e m en t   w it h   r esp ec t  to   b r ig h t n es s   o f   ce r tain   f ir e f l y   ca n   b e  esti m ated   f r o m   t h e  f o llo w i n g   eq u atio n   ( 3 0 ) .     i i r i m us i r i r f f l f f rm 2 0 1             ( 3 0 )     T h e  eq u atio n   d escr ib es   th e  cu r r en t p o s itio n   o f   f ir ef l y .       5.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   p ap er   p r o p o s es  f ir e f l y   b ased   ex te n d ed   J ac o b ian   f o r   th e  p u m a  5 6 0   r o b o t.  I n   th is   p ap er   th e   r o b o tic  t o o lb o x   d ev elo p ed   b y   P eter   I .   C o r k e  [ 1 6 ] .   T h u s   th e  p er f o r m a n ce   is   v al id ated   as  b e lo w .   T h e  jo in t   f ield   d ir ec tio n   is   in d u ce d   f o r   an g le   an d   ac ce ler atio n   o f   th e  p r o p o s ed   P UM A   5 6 0   m a n ip u lato r   d ef in ed   in   f i g u r e  2   an d   3 .   T h e  tr aj ec to r y   o f   r o b o t  is   d ef i n ed   as  th e  m o v e m e n t  o f   r o b o t  a r m   f r o m   t h e  p o in t  A   to   B   b y   d ef lect  cr as h   at  an   en d   ti m e.   T h is   ca n   b e  ev alu a ted   in   ter m s   o f   d is cr ete  an d   co n tin u o u s   m eth o d s .   T r a j ec to r y   p lan n i n g   i s   o n e  o f   t h e  d o m i n an t  f ield   i n   r o b o tics .   T h e  tr aj ec to r y   p la n n in g   is   u tili ze d   i n   r o b o ts   to   p la n   t h e  m o tio n   s u ch   a s   v elo cit y ,   k in e m atic s   an d   ti m e.   T h e  f ig u r e  2   an d   3   p lo tte d   b elo w   d ef i n es  th e  tr aj ec to r y   o f   th e  p r o p o s ed   m an ip u lato r   is   o p ti m a l.             Fig u r e  2 .   Gen er ated   J o in t sp ac e  tr aj ec to r y   o f   An g les           Fig u r e  3 .   Gen er ated   J o in t sp ac e  tr aj ec to r y   o f   ac ce ler atio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n e   201 7   :   1 4 1   –   15 0   148   T h e  h o m o g e n o u s   tr an s f o r m   is   u tili ze d   to   p er f o r m   th e  at tit u d e,   lo ca tio n   an d   co o r d in atio n   o f   r o b o t  in   C ar tesi a n   zo n e.   T h e  r o b o ts   g e n er all y   h o u s es  w it h   tr aj ec to r ies  w h ich   i s   co n tin u it y   o f   C ar te s ian   s tr u ct u r e  o r   th e  co n n ec ted   a n g le s .   Fo r   s o l v i n g   th e  tr aj ec to r y ,   th e   co o r d in ates   o f   i n d iv id u al  i n v er s e  k in e m at ics  is   s h ar ed   as  t h e   so lu tio n   o f   t h e  p r ev io u s   o n e.   T h e  g iv e n   ch ar t  s h o w s   t h e  tr aj ec to r y   o f   j o in t  s p ac e  i s   co m p ar ed   w it h   ti m e   a n d   s h o w s   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h   is   g r ad u al  a n d   n o t  r ele v an t   f o r   th e  ap p licatio n   in   r ea l  r o b o t  co n tr o ller   b y   w h ich   in v er s e  k i n e m atics  r es u lts   n e ed ed   in   f e w   m illi s ec o n d s .   T h e  f o llo w i n g   f i g u r e s   4   d eter m i n es  th e  tr aj ec to r ies  r elate d   to   C ar tesi an   co o r d in ates a n d   th e  f i g u r e  5   d ef i n es t h e  p r o p o s ed   P UM A   5 6 0   r o b o t  p l o tted   in   3 D  f o r m .           Fig u r e  4 .   C ar tesi an   co o r d in ate s   o f   w r is t  f o r   th e  tr aj ec to r y           Fig u r e  5 .   P r o p o s ed   P UM A   5 6 0   Ma n ip u lato r       T h e  k in e m atics  o f   r o b o ts   r elate d   to   th e  g eo m e tr ic  s t u d y   o f   r o b o t  m o v e m e n t  w it h   m u lti - DOF   k in e m at ic  ch a in s   t h at  o f f er   t h e  r o b o t  s y s te m   to   s tr u ct u r e.   T h e  r o b o t  g eo m etr y   is   d e f i n ed   as  t h e  r o b o t  lin k s   d esig n ed   as  f i x ed   b o d ies  an d   t h e  j o in ts   ar e  esti m ated   to   co n tr ib u te  co m p lete  r ev o l u tio n .   T h e  k in e m a tics   o f   r o b o t  d ea ls   w it h   t h e  s t u d y   o f   r elatio n   b et w ee n   t h e  p r o p o r tio n   a n d   k i n e m atic  c h ai n s   i n ter c o n n ec tio n ,   lo ca tio n ,   v elo cit y   o f   ea ch   in d i v id u a l  li n k s   o f   r o b o t  f o r   p lan n in g   an d   co n tr o lli n g   an d   it  is   al s o   esti m ates  t h e  r o b o t   ac tu ato r   f o r ce   an d   to r q u e.   T h e  r o b o t  d y n a m ics  d ea ls   w it h   t h e  r elatio n   b et w ee n   p r o p er ties   s u ch   a s   m a s s   a n d   in er tia.   I n   F i g u r e  6   to   9   it  d eter m i n es  th e  t i m e  co g n a te  o f   eq u a tio n s   o f   k i n e m atic s   p r o d u ce   th e  r o b o t  J ac o b ian   w h ic h   i n cl u d es  t h e   en d   e f f ec to r   li n ea r   an d   a n g u lar   v elo cit y   i n   ter m s   o f   j o in t  r ate s .   T h e  r es u lt   o b tain ed   f r o m   t h e  v ir t u al  w o r k   d ef i n es   th e   r elatio n   b et w ee n   th e  to r q u e  a n d   f o r ce   i n d u ce d   in   t h e  e n d   ef f ec to r .   T h u s   th e  to r q u e,   g r a v it y   an d   i n er tia  ar e  an al y s ed   a n d   p lo tted   in   th e  f i g u r e s   b elo w .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       A  M eth o d   o f E xten d ed   J a co b i a n   a n d   F ir efly  A lg o r ith m  fo r   th e  K in ema tic  A n a lysi s   o f  ...  ( T.  R a ja   P r a th a b )   149         Fig u r e  6 .   J o in t to r q u es     Fig u r e  7 .   Gr av it y   to r q u e s             Fig u r e  8 .   C o m p ar is o n   o f   g r av i t y   to r q u e     Fig u r e  9 .   I n er tia  P lo t       T h e  r o b o t  m a n ip u lat io n   is   a n   ess e n tial  tas k   i n   ca s e  o f   i n d u s tr ial  r o b o t  w h ile  d esi g n in g   a n   o b tain ed   f au lt  to ler an ce   lev e l.  So   th at  t h e  co m p licated   o p er atio n   o f   r o b o t  b ein g   r ed u ce d .   T h is   p ap er   p r o p o s es  f ir ef l y   o p tim izatio n   al g o r ith m   w h ic h   is   ex te n d ed   b y   J ac o b ian   f o r   th e  r ed u ctio n   o f   er r o r   r ate.   T h e  p r o p o s ed   w o r k   i s   ca r r ied   o u t  in   th e  Ma t  L ab   p l atf o r m   i n   ter m s   o f   p er f o r m a n ce .   T h u s   th e  r es u lt  s h o w s   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   h as b etter   o p ti m al  v alu e  i n   ter m s   o f   p er f o r m an ce .       6.   CO NCLU SI O N   T h e  f au lt  to ler an ce   i n   in d u s tr ial  r o b o t  m an ip u latio n   i s   th e  m ai n   cr iter ia  s o lv ed   th r o u g h   th is   p ap er .   T h e  P UM A   5 6 0   r o b o t  is   tak en   f o r   th e  f a u lt  to ler an t  e v al u atio n .   T h e  p r o p o s ed   p r o to c o l  co n s is ts   o f   f ir e f l y   alg o r ith m   w h ich   i s   d er iv ed   f r o m   t h e  J ac o b ian   is   u s ed   f o r   co n tr o llin g   f a u lt  to ler an ce .   T h e  f ir e f l y   a lg o r it h m   co u p led   w i th   in v er s e  J ac o b ian   is   i n d u ce d   f o r   th e  o p ti m iz at io n   p r o ce s s   f o r   er r o r   r ate  m i n i m izatio n .   T h e   p r o p o s ed   f ir ef l y   alg o r it h m   is   t ested   an d   p er f o r m an ce   cr iter ia   s u c h   as tr aj ec to r y ,   to r q u e  an d   in er tia  is   e v al u ated   in   t h e  Ma t  L ab   r o b o tic  to o lb o x .   T h e  r esu lt  s h o w s   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   h as  b etter   p er f o r m an ce   i n   ter m s   o f   tr aj ec to r y ,   to r q u e  an d   in er tia.       RE F E R E NC E S     [1 ]   K.  M .   Be n - G h a rb ia,  e t  a l. ,   “ A   k i n e m a ti c   a n a l y sis  a n d   e v a lu a ti o n   o f   p lan a r  ro b o ts  d e sig n e d   f ro m   o p ti m a ll y   f a u lt - to lera n t  Ja c o b ian s” ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   R o b o ti c s,  V o l.   3 0 ,   n o .   2 ,   p p .   5 1 6 - 5 2 4 ,   2 0 1 4 .   [2 ]   H.  S ima s  ,   e t  a l. ,   “   Ex ten d e d   jac o b ian   f o r  re d u n d a n t  ro b o ts  o b tai n e d   f ro m   th e   k in e m a ti c s  c o n stra in t”,  In   A BCM   S y m p o siu m   S e ries   in   M e c h a tro n i c s,  V o l.   5 ,   p p .   1 0 0 5 - 1 0 1 4 ,   2 0 1 2 .   [3 ]   K.  M .   L e e   a n d   D.  K.  S h a h ,   “ Kin e m a ti c   a n a l y sis   o f  a   th re e - d e g r e e s - of - f re e d o m   in - p a ra ll e l   a c tu a te d   m a n ip u lato r” ,   IEE E  Jo u rn a l  o f   Ro b o ti c s an d   A u to m a ti o n ,   V o l .   4 ,   n o .   3 ,   p p .   3 5 4 - 3 6 0 ,   1 9 8 8 .   [4 ]   C.   G o ss e li n   a n d   J.  A n g e l e s,  “ S in g u larity   a n a l y sis   o f   c lo se d - lo o p   k in e m a ti c   c h a in s” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   R o b o ti c s  a n d   A u to m a ti o n ,   V o l. 6 ,   n o .   3 ,   p p .   2 8 1 - 2 9 0 ,   1 9 9 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.  6 ,   No .   2 ,     J u n e   201 7   :   1 4 1   –   15 0   150   [5 ]   R.   M a n se u r  a n d   K.  L .   Do t y ,   “ A   fa st  a l g o rit h m   f o r  in v e rse   k i n e m a ti c   a n a l y sis   o f   ro b o t  m a n ip u lat o rs” ,   T h e   In tern a ti o n a l  Jo u rn a l  o f   Ro b o ti c s  Re se a rc h ,   V o l.   7 ,   n o .   3 ,   p p .   5 2 - 6 3 ,   1 9 8 8 .   [6 ]   T a n e v   a n d   K.  T a n io ,   " Kin e m a t ics   o f   a   h y b rid   (p a ra ll e l – se rial)   ro b o t  m a n ip u lato r" ,   M e c h a n is m   a n d   M a c h in e   T h e o r y ,   V o l .   3 5 ,   n o .   9 ,   p p .   1 1 8 3 - 1 1 9 6 ,   2 0 0 0 .   [7 ]   S e f rio u i,   e t  a l. ,   " S in g u larity   a n a l y sis  a n d   re p re se n tatio n   o f   p lan a r  p a ra ll e l  m a n ip u lato rs" ,   Ro b o ti c s  a n d   A u to n o m o u s   S y st e m s,  V o l.   1 0 ,   n o .   4 ,   p p .   2 0 9 - 2 2 4 ,   1 9 9 2 .   [8 ]   K.  M .   Be n - G h a rb i a ,   e t  a l. ,   “ Kin e m a ti c   d e si g n   o f   r e d u n d a n t  ro b o ti c   m a n ip u lato rs  f o r  sp a ti a l  p o sit io n i n g   th a t  a re   o p ti m a ll y   fa u lt   to lera n t”,   IEE E  T r a n sa c ti o n s o n   R o b o ti c s,  V o l .   2 9 ,   n o . 5 ,   p p .   1 3 0 0 - 1 3 0 7 ,   2 0 1 3 .   [9 ]   V .   Re p p a ,   e t  a l. ,   “ De c e n tralize d   i so latio n   o f   m u lt ip le  se n so r  f a u l ts  in   larg e - sc a le  in terc o n n e c ted   n o n l in e a r  s y ste m s ” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s o n   A u to m a ti c   Co n tr o l,   Vo l.   6 0 ,   n o .   6 ,   p p .   1 5 8 2 - 1 5 9 6 ,   2 0 1 5 .     [1 0 ]   K.  M .   Be n - G h a rb ia,  e t  a l. ,   “ Ki n e m a ti c   De si g n   o f   M a n ip u lat o rs  w it h   S e v e n   Re v o lu te  Jo in ts  Op ti m iz e d   f o r  F a u lt   T o lera n c e ” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s o n   S y ste m s,  M a n ,   a n d   Cy b e rn e ti c s: S y ste m s,  p p .   1 - 1 0 ,   2 0 1 5 .   [1 1 ]   L .   X iao   a n d   Y.  Z h a n g ,   “ A c c e lera t io n - lev e l  re p e ti ti v e   m o ti o n   p lan n i n g   a n d   it s ex p e rim e n tal  v e ri f ica ti o n   o n   a   six - li n k   p lan a r  ro b o t  m a n ip u lato r”   ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s o n   C o n tr o l  S y ste m s  T e c h n o lo g y ,   V o l.   2 1 ,   n o .   3 ,   p p .   9 0 6 - 9 1 4 ,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   P .   Qi,   e t  a l. ,   “ Kin e m a ti c   Co n tro l  o f   Co n ti n u u m   M a n ip u lato rs  Us in g   a   F u z z y - M o d e l - Ba se d   Ap p r o a c h ” ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s o n   I n d u strial  El e c tro n ics ,   p p .   1 - 1 ,   2 0 1 6 .   [1 3 ]   I.   P e ter  Co rk e   a n d   M .   Brian   A r m stro n g - He lo u v ry ,   " A   se a rc h   f o r   c o n se n su s  a m o n g   m o d e l  p a ra m e ters   re p o rted   f o r   th e   P U M A   5 6 0   ro b o t . "   In   Ro b o ti c s  a n d   A u to m a ti o n ,   1 9 9 4 .   P r o c e e d in g s,  1 9 9 4   IEE E  In ter n a ti o n a l  Co n f e re n c e   o n ,   IEE E,   p p .   1 6 0 8 - 1 6 1 3 ,   1 9 9 4 .   [1 4 ]   O.  KH AT IB, ”   In e rti a l  p ro p e rti e s  in   ro b o ti c   m a n ip u latio n :  A n   o b jec t - l e v e l  f ra m e w o rk .   In t.   J.  o f   Ro b o ti c s Re se a rc h ” ,   V o l . 1 4 ,   p p . 1 9 - 3 6 ,   1 9 9 5 .   [1 5 ]   X in - S h e   a n d   Ya n g ,   " F iref l y   a lg o rit h m s  f o r  m u lt i m o d a l  o p ti m iza ti o n . "   In   In tern a ti o n a l  S y m p o siu m   o n   S to c h a sti c   A l g o rit h m s,  S p rin g e r  Be rli n   He id e lb e rg ,   p p .   1 6 9 - 1 7 8 ,   2 0 0 9 .   [1 6 ]   I.   P e ter  Co rk e ,   " A   c o m p u ter  to o l  f o r  sim u latio n   a n d   a n a ly sis:  th e   Ro b o ti c s  T o o l b o x   f o r  M A TL A B. "   In   P ro c .   Na ti o n a l  Co n f .   A u stra li a n   Ro b o t  A s so c iatio n ,   p p .   3 1 9 - 3 3 0 ,   1 9 9 5 .   [1 7 ]   K.  T c h o n ,   " Op ti m a l  e x ten d e d   Ja c o b ian   i n v e rse   k in e m a ti c s  a lg o rit h m s  f o r  ro b o ti c   m a n ip u lato rs" .   I EE E  T ra n s .   o n   Ro b o ti c s,  V o l . 2 4 ,   n o . 6 ,   p p . 1 4 4 0 - 1 4 4 5 ,   2 0 0 8 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.