T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n,  Co m pu t ing ,   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.   1 9 ,   No .   6 Dec em b er   202 1 ,   p p .   1 9 6 2 ~ 1 9 7 4   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   ac cr ed ited   First Gr ad b y   Kem en r is tek d i k ti,  Dec r ee   No : 2 1 /E/KPT /2 0 1 8   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI K A. v 1 9 i 6 . 1 8 8 3 7     1962       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   Bila teral  co ntrol s y stem of t he spa c e robo wi th  la rg e  delay s       G .   Alf er o v 1 ,   P .   E f im o v a 2 ,   D.   Sh y m a nchu k 3 ,   S.  K a dry 4 M .   N.   M eqda d 5   1 , 2, 3 F a c u l ty   o Ap p li e d   M a th e m a ti c s a n d   Co n tro P r o c e ss e s,  S t.   P e ters b u rg   S tate   Un i v e rsity ,   S t. - P e ters b u r g ,     Ru ss ian   F e d e ra ti o n     4 F a c u lt y   o Ap p li e d   Co m p u ti n g   a n d   Tec h n o l o g y ,   N o ro ff   Un i v e rsity   Co l leg e ,   Kristian sa n d ,   N o rwa y   5 Al - M u sta q b a l   Un i v e rsity   C o ll e g e ,   Hill a h ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 7 ,   2 0 2 0   R ev is ed   J u l 2 6 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   Au g   1 2 ,   2 0 2 1       Th e   m a in   o b sta c le  o th e   c o n str u c ti o n   o e fficie n re m o te - c o n tro sy ste m fo sp a c e   ro b o ts  is  a   sig n ifi c a n d e lay   in   tran sm issio n o c o n tr o sig n a ls  to   ro b o ts  fro m   th e   e a rth - b a se d   c o n tro c e n ter  a n d   re c e iv in g   fe e d b a c k   sig n a ls.   Th is  sig n ifi c a n tl y   c o m p li c a tes   th e   so lu ti o n   o c o n t ro p ro b lem ,   e sp e c ially   if   ro b o t’s  m a n ip u lato rs   m o v e   o b jec ts  th a h a v e   m e c h a n ica c o n str a in ts.   Ou r   wo rk   d e sc rib e a   m e th o d   f o b il a tera c o n tro l   o f   a   sp a c e   ro b o with   larg e   d e lay s.  Th e   u n i q u e n e ss   o t h is  m e th o d   li e in   t h e   sp e c ial  stru c t u re   o th e   c o n tro a lg o rit h m .   Bil a tera c o n tr o imp l ies   fo rc e   fe e d b a c k   n e c e ss a ry   fo th e   in tera c ti o n   o a   sp a c e   r o b o wit h   o b jec ts  t h a h a v e   h o lo n o m ic  c o n n e c ti o n s.   We p re se n a   n e w m a th e m a ti c a m o d e o t h e   e lem e n ts o th e   b il a t e ra c o n tro l   sy ste m   a n d   t h e ir  c o m p u ter i m p le m e n tatio n   u sin g   sp e c ifi c   e x a m p le s.   K ey w o r d s :   B ilater al  co n tr o l   Fo r ce   f ee d b ac k     No n lin ea r   co n tr o l   s y s tem s   R em o te  co n tr o l   Sp ac r o b o ts   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S .   Kad r y   Dep ar tm en t o f   Ap p lied   Data   S cien ce   No r o f f   U n iv er s ity   C o lleg e   Kr is tian s an d ,   No r way   E m ail:  s k ad r y @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Fu tu r s p ac ex p l o r atio n   ca n n o d o   with o u s p ec ial  ass is ted   r o b o tic  s y s tem s .   T h an k s   to   s p ac r o b o ts ,   h u m an s   ca n   c o n d u ct  r esear c h   an d   b u ild   s p ac e   b ases   at  lar g d is tan ce s   f r o m   ea r th .   Un f o r tu n atel y ,   s u c h   m is s io n s   o f ten   m u s d ea with   n o n d eter m in is tic  en v ir o n m en t,  wh ich   r e q u ir es  s p ac e   r o b o to   c o n s tan tly   ad ap to   its   ch an g es.  T h er a r e   n o   r o b o ts   y et  t h at  ca n   q u ick ly   an d   ac cu r ately   r esp o n d   to   s ig n if ican ch an g es  in   th wo r k in g   en v ir o n m e n t,  s o   th p r esen ce   o f   h u m an   o p er ato r   in   th c o n tr o l o o p   is   v er y   im p o r tan t.  I n   ad d itio n ,   wh en   wo r k in g   o v er   lo n g   d is tan ce s ,   s ig n if ican d elay s   in   th tr an s m is s io n   o f   co n tr o an d   f ee d b ac k   s ig n als  o cc u r .   T h er ef o r e,   t h e   task   o f   d ev elo p in g   a   b ilate r al  s p ac r o b o c o n tr o s y s te m   th at  is   wea k ly   d ep en d e n o n   th d elay   is   v er y   u r g en t.  T h m aster - s lav s y s tem   is   m o s o f ten   u s ed   as  s y s tem   f o r   r em o te  co n tr o o f   r o b o t.  T h r em o te - co n tr o s y s tem   h as  two   s id es:  an   o p er ato r   s id an d   r em o te  s id ( Fig u r e   1 )   [ 1 ] On   th o p er ato r s   s id e,   o r   in   th co n tr o ce n ter ,   th er ar e   h u m an   o p er ato r   i ) ,   m aster   r o b o ii )   an d   a   telev is io n   s y s tem ,   th r o u g h   w h ich   h u m an   watc h   t h r em o te   s id e.   On   th r em o te  s id th er ar s lav r o b o t   iii )   with   s en s o r s   an d   a   v is io n   s y s tem   in s talled   o n   it,  a n d   w o r k in g   en v ir o n m en iv ) .   Dep e n d in g   o n   th e   d eg r ee   o f   d ec is io n - m ak in g   b y   th e   r o b o t,  th r ee   m ain   ca teg o r ies  o f   r e m o te - co n tr o ar c h itectu r es  ca n   b d is tin g u is h ed d ir ec t,  co llab o r ativ e   an d s u p e r v is o r y   [ 2 ] .   I f   th p r o b lem   a r is es  o f   m a n ip u latin g   o b jects  th a h av e   co n n ec tio n s ,   th en   wh en   d e v elo p in g   r em o t e - co n tr o s y s tem ,   it  is   n ec ess a r y   to   in clu d f ee d b ac k   o n   f o r c es  an d   m o m en ts   in   th lo o p .   Fo r ce   f ee d b ac k   r o b o t r em o te  co n tr o l sy s tem s   ar ca lled   b ilater al  co n tr o l sy s tem s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         B ila tera l c o n tr o l sys tem  o f th s p a ce   r o b o t wi th   la r g d el a ys   ( G.   A lfer o v )   1963       Fig u r 1 .   T h m aster s lav s y s tem       T h d iag r am   s h o w n   in   Fig u r 2   d escr ib es th co n n ec tio n   an d   in ter ac tio n   b etwe en   th ele m en ts   o f   th r o b o t’ s   b ilater al  co n tr o l   s y s tem .   Her e   , , ,   ar th e   g en e r alize d   co o r d in ates  o f   th h u m an   h a n d ,   th e   m aster   r o b o t,  th s lav an d   t h en v ir o n m en t,  r esp ec tiv ely .     an d     ar th f o r ce s   tr an s m itted   b y   h u m a n   an d   th en v ir o n m en t,  r esp ec tiv ely .     an d     ar co n t r o l sig n als f o r   th s lav an d   m aste r   r o b o t.   s ig n if ican p r o b lem   in   th d ev elo p m e n o f   b ilater al  co n tr o s y s tem s   is   th p r esen ce   o f   d elay ,   wh ich   ca n   lead   to   s y s tem   in s tab ilit y .   R esear ch er s   h av tr ied   to   s o lv th is   p r o b lem   with   v a r io u s   m eth o d s ,   an d   as  r esu lt  m an y   d if f er en co n tr o s ch em es  h av b ee n   p r o p o s ed .   Fro m   th p r o p o s ed   m eth o d s ,   th r ee   m ain   ca teg o r ies  ca n   b d is tin g u is h ed m eth o d s   b ased   o n   p ass iv ity ,   m eth o d s   b ased   o n   p r ed i ctiv d is p lay s   an d   m eth o d s   o f   s lid in g   c o n tr o m o d [ 3 ] .   T h m et h o d   b ased   o n   p ass iv ity   is   th at  th p o wer   d ev elo p e d   b y   t h wo r k in g   to o l   o f   th e   "slav e"   m an ip u lato r   s h o u l d   n o e x ce e d   th e   p o wer   d e v elo p ed   b y   th e   h an d   o f   th e   h u m an   m o v in g   th to o o f   th m aster   r o b o [ 4 ] .   T h s ec o n d   ap p r o ac h   in v o l v es  th u s o f   p r e d ictiv co n tr o l.  I is   b ased   o n   th u s o f   co m p u te r   m o d els,  wh ich   ar u s ed   to   p r ed ict  th b eh a v io r   o f   th s lav r o b o a n d   its   ex ter n al  en v i r o n m e n t [ 5 ] .   T h th ir d   a p p r o ac h   is   b ased   o n   th u s o f   s lid in g   c o n tr o l m o d [ 6 ] .   T h co m p lex ity   o f   t h p r ac tical   im p lem en tatio n   o f   th is   ap p r o ac h   is   d u to   th n ee d   f o r   t h o p e r atio n   o f   th co n tr o eq u ip m en an d   th e   m ec h an ical  p ar o f   th r o b o in   v er y   d if f icu lt  m o d es  o f   f r e q u en tly   c h an g in g   co n t r o s ig n .   T h is   lead s   to   th ap p ea r an ce   o f   lar g ac ce ler ati o n s   o f   s tr u ctu r al  elem en ts   an d   lar g r ea ctiv f o r ce s .   T h e   a b o v e   m e t h o d s   c a n   e n s u r t h e   s t a b i l it y   o f   t h e   b i l a te r a l   s y s t e m   wi t h   a   ti m e   d e l a y   o f   n o   m o r e   t h a n   3   s e c o n d s   [ 7 ] ,   w h i c h   s i g n i f i c a n t ly   l i m i t s   t h e   d is t a n c e   a t   w h i c h   a   s p a c e   r o b o t   c a n   b e   s e n t .   I n   t h i s   r e g a r d ,   a n   u r g e n t   q u e s t i o n   a r i s e s   o f   c o n s t r u c ti n g   s u c h   a   s t r u c t u r e   o f   b i l a t e r a c o n t r o l ,   w h i c h   w o u l d   p r o v i d e   t h e   p o s s i b il i t y   o f   r e m o t e   c o n t r o l   o v e r   l o n g   d i s ta n c e s .   A s   a n   a p p r o a c h   t o   s o l v i n g   t h i s   is s u e ,   a   p r o f e s s o r   at   S t .   P e t e r s b u r g   S ta t U n i v e r s it y   F .   K u l a k o v   p r o p o s e d   a   m e t h o d   o f   r e m o t e   c o n t r o l   o f   a   r o b o t   b y   t e a c h i n g   f u t u r e   a c t io n s   [ 8 ] - [ 1 4 ] .           Fig u r 2 .   Stru ctu r o f   b ilater al   m aster s lav s y s tem       2.   M E T H O D   I n   th is   a p p r o ac h   to   c o n tr o l,   th r em o te   wo r k in g   en v ir o n m e n is   co p ied   in   v ir tu al  o r   f u ll - s ca le  f o r m   in   th co n tr o ce n ter   an d   th e   h u m an   o p er at o r   in ter ac ts   in   t h n ec ess ar y   way   with   th o b jects  o f   th m o d el  en v ir o n m en t,  af te r   wh ich   th s p ac r o b o wo r k s   o u th s am ac tio n s   at  th o b je cts  o f   th r em o te   en v ir o n m en t,  wh ile  ad a p tin g   to   its   p o s s ib le  ch an g es.   T h p r o ce s s   o f   co n tr o o f   a   s p ac r o b o u s in g   th e   teac h in g   m et h o d   ca n   b d i v id e d   in to   4   s tag es ( Fig u r e   3 ) .     Stag 1 .   At  th f ir s s tag e,   th s p ac r o b o t,  u s in g   s en s o r s ,   co llects  th n ec ess ar y   in f o r m atio n   ab o u th e   wo r k in g   e n v ir o n m en t a n d   tr a n s m its   it to   th co n tr o l c en ter .     Stag 2 .   At  th s ec o n d   s tag e,   m o d el  o f   th r e m o te  en v ir o n m en is   f o r m e d   b ased   o n   t h r ec eiv ed   d ata.   T h m o d el  ca n   b m ad in   th e   f o r m   o f   f u ll - s ca le  m o d els o r   b u ilt o n   co m p u ter .     Stag 3 .   T h e   th ir d   s tag e,   wh i ch   tak es  p lace   at  t h co m m a n d   ce n ter   o n   ea r th ,   ca n   b p e r f o r m e d   in   two   d if f er en t   way s ,   d e p en d in g   o n   th ty p o f   r em o te  en v ir o n m en m o d el.   I f   th e   wo r k i n g   en v ir o n m en is   p r esen ted   in   th e   f o r m   o f   a   f u ll - s ca le  m o d el,   t h en   i n ter ac tio n   with   it  o cc u r s   ac co r d in g   t o   th e   f o llo win g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   6 Decem b e r   2 0 2 1 :    1 9 6 2   -   1 9 7 4   1964   p r in cip le:  th h u m a n   o p er at o r ,   in ter ac tin g   with   th m aster   r o b o t,  s ets th r eq u ir ed   p o s itio n ,   an d   o r ien tatio n   o f   th to o l,  th in s tr u m en o f   t h is   r o b o m u s ac cu r ately   in ter p r et  th in s tr u m en o f   th s p a ce   r o b o t.  T h u s ,   th o p er ato r   in te r ac ts   with   th o b jects  o f   th f u ll - s ca le  m o d el,   a s   in   th tr ad itio n al  m eth o d   o f   b ilater al  co n tr o l.   I n s tr u m e n m o tio n s   ar m em o r ize d   an d   tr a n s m itted   to   th s p ac e   r o b o t.  I f   n ec ess ar y ,   s p ac r o b o t   ca n   b d is p lay ed   to   h u m a n   o p er ato r   in   au g m en ted   r ea lity   g lass es.  I f   i t is   n o t p o s s ib le  to   b u ild   f u ll - s ca l m o d el,   th e n   y o u   ca n   u s th v ir tu al  m o d el  o f   th w o r k in g   e n v ir o n m en t.  I n   th is   ca s e,   at  th th ir d   s tag e,   th e   h u m an   o p er ato r ,   o b s er v in g   t h v ir tu al  en v i r o n m e n th r o u g h   au g m en te d   r ea lity   g lass es,  in ter ac ts   with   th o b jects  o f   th is   en v ir o n m en u s in g   r o b o t - g lo v es,  a n d   th er eb y   f u lf ills   th n ec ess ar y   o p e r atio n s .   I n   b o th   ca s es,  if   n ec es s ar y ,   th r esu lti n g   alg o r ith m   is   test ed   o n   co m p u ter   m o d el  o f   s p ac r o b o an d   wo r k in g   m ed iu m ,   with   its   o b jects b ein g   ar tific ially   d is p lace d .   I f   th t est is   s u cc ess f u l,  th a lg o r ith m   is   p ass ed   to   th e   s lav r o b o t.  Oth e r wis e,   th n e ce s s ar y   ch an g es a r m a d to   t h alg o r ith m   an d   t h test   is   co n d u cted   a g ain .     Stag 4 .   At  th las s tag e,   th e   s p ac r o b o p er f o r m s   th o b t ain ed   alg o r ith m   o f   ac tio n s ,   wh ile  ad ap tin g   to   p o s s ib le  ch an g es  in   th wo r k i n g   en v ir o n m en t,  a n d   s en d s   r ep o r o n   th wo r k   d o n to   th co n tr o ce n ter .   I f   th co n tr o ce n ter   co n f i r m s   th s u cc ess   an d   co m p leten ess   o f   th m is s io n ,   th en   th s tag es  ar ter m in ated .   Oth er wis e,   th cy cle  is   r ep ea te d   u n til th r e q u ir e d   o p e r atio n   i s   co m p leted .           Fig u r 3 .   Pro ce s s   o f   co n tr o l sp ac r o b o b y   teac h i n g   m et h o d       2 . 1 .     M a t hema t ica m o delin g   o f   t he  ex ec utiv e   s y s t em   An y   r o b o tic  s y s tem   r eq u ir es  p r elim in ar y   m ath em atica m o d elin g .   T h er ef o r e,   to   test   th o p er ab ilit y   o f   th p r o p o s ed   r e m o te - co n tr o s y s tem   f o r   a   s p ac r o b o t,   it  is   n ec ess ar y   to   s im u late  its   elem en ts   an d   th eir   in ter ac tio n .   T h s y s tem   u n d er   co n s id er atio n   co n s is ts   o f   f iv k ey   elem en ts h u m an   o p er a to r ,   m aster   r o b o t,   s p ac r o b o t   m o d el,   a   r ea l   s p ac r o b o t,   an d   a   wo r k in g   e n v i r o n m en t.   Sin ce   th m aster   r o b o is   an   in s tr u m e n th at  tr an s m its   m o tio n   an d   f o r ce   d ata  b etwe en   th s p ac r o b o m o d el  a n d   th h u m an   o p er ato r ,   m ath em atica l   m o d elin g   o f   s u ch   an   o b ject  is   o f   n o   in te r est.  I n   th is   r eg a r d ,   t h s y s tem   "h u m an   o p er at o r - m aster   r o b o t"   will  b e   p r esen ted   as  b lo ck   with   o u tp u an d   in p u d ata.   T h wo r k in g   en v ir o n m en will  b p r e s en ted   in   s im ilar   b lo ck   s in ce   it  will  b e   f u ll - s ca l an d   d ata   ab o u it  will  b r ea d   d u r in g   th e   d ir ec t   d ev elo p m e n o f   th e   n ec ess ar y   o p er atio n s .   T h er ef o r e,   it  is   n e ce s s ar y   to   b u ild   o n ly   m o d el   o f   s p ac r o b o a n d   m o d el   o f   g r o u n d   r o b o t,   th g r ip   o f   wh ich   will b i d en t ical  to   th to o l o f   th s p ac r o b o t.  I n   Fig u r e   4   elem en ts   o f   m o d elin g   wh ich   n ee d   to   b p er f o r m e d   ar d is p lay e d .   Kin em atic  m o d elin g   o f   r o b o ts   is   n ec ess ar y   to   d eter m i n th eir   k in em atic   ch ar ac ter is tics   o v er   tim e.   I n f o r m atio n   ab o u t th p o s itio n   o f   t h ch ar ac ter is tic  p o in ts   o f   th r o b o t w ill b u s ef u l   f o r   g r ap h ical  d is p lay   o f   its   m o tio n .   T h e   s o lu tio n   o f   th e   in v er s k in em atics  p r o b lem   will  m ak it  p o s s i b le  to   d eter m in th v alu es o f   th g e n er alize d   co o r d in ates th at  p r o v id g iv en   p o s itio n   an d   o r ie n tatio n   o f   th to o l in   ab s o lu te  s p ac e.   An d   i n f o r m atio n   ab o u t sp ee d s   is   n ec ess ar y   wh en   b u ild i n g   d y n am ic  m o d el.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         B ila tera l c o n tr o l sys tem  o f th s p a ce   r o b o t wi th   la r g d el a ys   ( G.   A lfer o v )   1965       Fig u r 4 .   E lem e n ts   o f   r e m o t e - co n tr o l sy s tem   f o r   s p ac r o b o t u s in g   th teac h in g   m eth o d       2 . 2   K ine m a t ic  s chem es   L et  u s   b u ild   k in em atic  d iag r am   o f   s p ac e   r o b o t,   wh ich   i n   g en e r al  will  b e   b o d y   with   - lin k   m an ip u lato r   in s talled   o n   it  ( Fig u r e   5 ) .   T h u s ,   th e   r o b o will  co n s is o f   + 1   s o lid s .   L et’ s   ass o ciate   co r r esp o n d in g   co o r d i n ate  s y s tem   with   ea ch   elem en o f   th r o b o t.   W will  ass u m th at  ea c h   lin k   ca n   lin ea r ly   m o v an d   r o tate  ab o u t   th co r r esp o n d i n g   ax is   with   r esp ec t   to   th p r ev io u s   b o d y ,   th at  is ,   it  h as  a least  two   g en er alize d   c o o r d in ates - lin ea r   an d   r o tatio n al.   I n   th is   ca s e,   th r o b o will  h av e   ( 2 + 6 ) - th   g en er alize d   co o r d in ates.  T h f ir s s ix   co o r d in ates  co r r esp o n d   to   th p o s itio n   an d   o r ie n tatio n   o f   th r o b o b o d y ,   th n e x t   2   co o r d i n ates  ar r esp o n s ib l f o r   th p o s itio n   an d   o r ien tatio n   o f   ea c h   lin k   o f   th m a n ip u l ato r .   Gen er alize d   co o r d in ates  1 , 2 , 3   d eter m in th r o tatio n   o f   t h b o d y   r elativ to   th ax es  0 0 , 0 0   an d   0 0 r esp ec tiv ely ,   an d   4 , 5 , 6   ar r esp o n s ib le  f o r   m o v in g   t h ce n ter   o f   m ass   o f   th b o d y   alo n g   th s am ax es.  C o o r d in ate  6 + 2 1   co r r esp o n d s   to   th r o tatio n   o f   th e   - th   lin k ,   an d   6 + 2 - to   its   lin ea r   m o v e m en t.  T h r o tatio n   an d   m o v em en o f   th e     th   lin k   ca n   o cc u r   alo n g   a n y   o f   th t h r ee   ax es  o f   its   co o r d in ate  s y s tem   ,   o r   .   I f   th r o b o is   in ten d ed   to   ca r r y   o u wo r k   in   th o r b it  o f   c elestial  b o d y ,   th en   th b o d y   o f   th r o b o will   b f r ee   an d   all  its   g e n er alize d   co o r d in ates  will  tak p lace .   I f   th r o b o o p er ate s   o n   th e   s u r f ac o f   a   ce lest ial   b o d y ,   th e n   th g en er alize d   co o r d in ates  1 , 2   an d   6   will  b co n s tan t.  L et  u s   m o v o n   to   b u ild in g   k in em atic   s ch em o f   g r o u n d   r o b o t,  th e   in s tr u m en o f   wh ich   will  d is p lay   th e   in s tr u m en t   o f   th s p a ce   r o b o t.  A s   s u c h   a   r o b o t ,   l e t   u s   c o n s i d e r   t h e   i n d u s t r i a l   m a n i p u l at o r   f u j i   a u t o m a t ic   n u m e r i c a l   c o n t r o l   ( F A NU C )   M 2 0 - i A   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   wh ich   is   ac tiv ely   u s ed   at  th e   Facu lty   o f   Ap p lied   Ma th em atics - C o n tr o Pro ce s s es  o f   St .   Peter s b u r g   State  Un iv er s ity .   L et  u s   ass o ciate   co r r esp o n d in g   c o o r d in ate  s y s tem   with   ea ch   m an ip u lato r   b o d y   a n d   d e n o t e   g en er alize d   co o r d in ates  ( Fig u r e   6 ) .   B ased   o n   th co n s tr u ct ed   s ch em es,  it  is   p o s s ib le  to   s o lv f o r war d   an d   in v er s k in em atics  p r o b le m s ,   f o r war d   in s tan tan e o u s   k in e m atics  p r o b lem ,   p r esen tin g   r o b o ts   as  s e o f   in ter co n n ec ted   co o r d in ate  s y s tem s .             Fig u r 5 .   Gen e r alize d   k in e m atic  s ch em o f   s p ac r o b o t     Fig u r 6 .   Kin em atic  s ch em e   o f   th m an ip u lato r   FANUC   M2 0 - iA       2 . 3   F o rwa rd  ins t a nta neo us   k inem a t ics pro blem   T o   b u ild   d y n am ic  m o d el  o f   r o b o t,  it  is   n ec ess ar y   f ir s t o   f in d   th d e p en d e n ce   o f   th lin ea r   an d   an g u lar   v elo cities  o f   th lin k s   o n   th g en er alize d   v el o cities.  T h s ea r ch   will  b ca r r ied   o u u s in g   th r ec u r r e n f o r m u las  p r esen ted   in   [ 1 7 ] .   L e u s   s o lv t h f o r war d   in s tan ta n eo u s   k in em atics  p r o b lem   f o r   s p ac f r ee - f ly i n g   r o b o t.   T h e   an g u lar   v elo city   o f   r i g id   b o d y   is   d ir ec ted   al o n g   th a x is   o f   r o tatio n .   T h d ir ec tio n   o f   th e   an g u lar   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   6 Decem b e r   2 0 2 1 :    1 9 6 2   -   1 9 7 4   1966   v elo city   v ec to r   d e p en d s   o n   th d ir ec tio n   o f   r o tatio n .   I f   we  u s th th eo r em   o n   th ad d itio n   o f   a n g u lar   v elo cities  in   co m p lex   m o tio n ,   th en   th r elatio n s h ip   b etwe en   th v ec to r   o f   th e   an g u lar   v elo city   o f   t h   -   th   r ig id   b o d y   a n d   th v ec to r   o f   g en er alize d   v elo cities,  ex p r ess ed   in   th a b s o lu te  co o r d in ate  s y s tem ,   ca n   b f o u n d   b y   th f o r m u la  [ 1 8 ] :     [       ] =     Ω [ ̇ 1 , ̇ 2 , , ̇ 9 ] ,   wh er e     Ω =   1   1 Ω +   ,     h er th m atr i x       d ef in es th d ir ec tio n   o f   th e   ax is   o f   r o tatio n   o f   th   -   th   b o d y .   T h s p ac r o b o in   q u esti o n   c o n s is ts   o f   f o u r   b o d ies.  T h p r o jectio n s   o f   th an g u lar   v elo c ity   o f   th r o b o b o d y   d o   n o d ep e n d   o n   th an g u lar   v elo cities  o f   its   lin k s .   C o n s eq u en tly ,   in   th a b s o lu te  co o r d i n ate  s y s tem ,   th an g u lar   v elo city   o f   th e   b o d y   will  b e   ex p r ess e d   th r o u g h   th e   v ec to r   o f   g en er alize d   v elo cities  as  f o llo ws ;     [       ] 0 =       0 [ ̇ 1 ̇ 2 ̇ 3 ] ,       0 = [ 2 3 2 1 3 3 2 + 3 1 2 1 2 3 2 3 1 2 2 3 + 2 1 3 1 2 3 1 3 1 1 ] ,     in   th is   ca s       0 Ω = [ 2 3 2 1 3 3 2 + 3 1 2 1 2 0 0 0 0 0 0 3 2 3 1 2 2 3 + 2 1 3 1 2 0 0 0 0 0 0 3 1 3 1 1 0 0 0 0 0 0 ]     T h en   f o r   th 1 s t lin k   th an g u l ar   v elo city   will b eq u al  to     [       ] 1 = [   0 1   0 Ω +   1 ] [ ̇ 1 , ̇ 2 , , ̇ 9 ] ,       h er       0 1 = [ 1 0 0 0 7 7 0 7 7 ] ,     1 = [ 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ] .       th en         1 Ω = [   1 11   1 12   1 13 0 0 0 1 0 0   1 21   1 22   1 23 0 0 0 0 0 0   1 31   1 32   1 33 0 0 0 0 0 0 ] ,         1 11 = 2 3 ,     1 12 = 1 3 3 1 2 ,     1 13 = 1 3 1 3 2 ,         1 21 = 2 7 3 2 7 ,     1 22 = 7 ( 1 3 1 2 3 ) 2 1 7 ,         1 23 = 7 ( 3 1 + 1 2 3 ) 1 2 7 ,         1 31 = 7 2 + 2 3 7 ,     1 32 = 7 ( 1 3 1 2 3 ) + 2 7 1 ,         1 33 = 1 2 7 7 ( 3 1 + 1 2 3 ) .               2 Ω = [   2 11   2 12   2 13 0 0 0 8 0 0   2 21   2 22   2 23 0 0 0 8 0 0   2 31   2 32   2 33 0 0 0 0 1 0 ] ,       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         B ila tera l c o n tr o l sys tem  o f th s p a ce   r o b o t wi th   la r g d el a ys   ( G.   A lfer o v )   1967           3 Ω = [   3 11   3 12   3 13 0 0 0 8 9 9 0   3 21   3 22   3 23 0 0 0 8 0 1   3 31   3 32   3 33 0 0 0 8 9 9 0 ] .       2 . 4   L inea v elo cit ies o f   t he  s pa ce   ro bo t   L et  u s   f in d   th d ep en d en ce   o f   th lin ea r   v elo cities  o f   th ch ar ac ter is tic  p o in ts   o f   th r o b o o n   th e   v ec to r   o f   g en er alize d   v el o cities.  T h g en er alize d   co o r d in ates   4 , 5   an d   6   o f   its   b o d y   ar e   r esp o n s ib le  f o r   th e   lin ea r   m o v em en ts   o f   th r o b o t .   I n   ad d itio n ,   wh en   th e   lin k s   a n d   th e   b ase   o f   th e   r o b o t   r o tate ,   th e   ch ar ac ter is tic  p o in ts   will  h av lin ea r   v elo cit ies  p er p en d ic u lar   to   t h d ir ec t io n   o f   th a n g u lar   v elo city   v e cto r   an d   ca lcu lated   b y   th e   E u ler   f o r m u la.   T h r e latio n s h ip   b etwe en   lin ea r   an d   g en er alize d   v el o cities,  with   r esp ec to   th e   - th   ch ar ac ter is tic  p o in t   ( “0 - ce n te r   o f   m ass   o f   t h b o d y ,   1 ,   2 ,   3 b eg in n in g   o f   1 ,   2 ,   3   lin k s ,   “4 ch ar ac ter is tic  p o in o f   th t o o l) ,   is   d eter m in ed   in   th e   f o llo win g   f o r m   ( u s in g   th t h eo r em   o n   th a d d itio n   o f   v elo cities  in   a   co m p lex   m o tio n   a n d   th f o r m u la  f o r   t h d is tr ib u tio n   o f   v elo cities in   s o lid   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] )     [       ] =     [ ̇ 1 , ̇ 2 , , ̇ 9 ] ,   wh er e     =     1     1 +     1 1 1 Ω ,     h er th e   s k ew - s y m m etr ic  m at r ix   1   d eter m in es  th e   d is tan ce   f r o m   th   -   t h   p o in to   th a x is   o f   r o tatio n   o f   th p r ev io u s   b o d y .   W ith   r esp ec t to   th 0 th   ch a r ac t er is tic  p o in t:      [       ] 0 =         0 [ ̇ 4 ̇ 5 ̇ 6 ] .   T h er ef o r       0 = [ 0 0 0 2 3 2 1 3 3 2 + 3 1 2 1 2 0 0 0 0 0 0 3 2 3 1 2 2 3 + 2 1 3 1 2 0 0 0 0 0 0 3 1 3 1 1 0 0 0 ] .     f o r   th 1 s t c h ar ac ter is tic  p o in t:         1 =   0 1     0 +     0 1 0 0 Ω ,         0 1 = [ 1 0 0 0 7 7 0 7 7 ] , 0 = [ 0     1   1   1 0 0     1 0 0 ] .       s im ilar ly   f o r   th 2 n d ,   3 r d   an d   4 th   ch ar ac ter is tic  p o i n ts       2 =     1 2   1 +   1 2 1   1 Ω ,     1 2 = [ 8 8 0 8 8 0 0 0 1 ] , 1 = [ 0 0 1 0 0 0 1 0 0 ] ,         3 =   2 3   2 +   2 3 2   2 Ω ,                 2 3 = [ 9 0 9 0 1 0 9 0 9 ] , 2 = [ 0 0 2 0 0 0 2 0 0 ] ,         4 =   3 +   2 3 3   3 Ω ,         3 = [ 0 0 3 0 0 0 3 0 0 ] .       2 . 5   F o rwa rd  dy na m ics pro blem   Fo r   f u r th er   in v esti g atio n   o f   th o p e r ab ilit y   o f   t h s y s te m   o f   b ilater al  c o n tr o b y   th teac h in g     m eth o d ,   it  is   n ec ess ar y   to   co n s tr u ct  d y n am ic  m o d el  o f   s p ac f r ee - f ly i n g   r o b o an d   g r o u n d   m an ip u lato r   FANUC   [ 1 9 ] [ 2 0 ] .   T h e   f o r wa r d   d y n am ics p r o b lem   is   t o   s ea r ch   f o r   f o r ce s   an d   m o m en ts   f o r   g iv en   m o tio n   o f   th s y s tem   an d   th e   m ass in er t ial  ch ar ac ter is tics   o f   its   elem e n ts .   L et  u s   s o l v th e   f o r war d   d y n am ics  p r o b lem   f o r   s p ac a n d   g r o u n d   r o b o ts .   T h eq u atio n s   o f   m o tio n   f o r   r o b o ts   will  b s o u g h in   t h f o r m   o f   t h L ag r an g e   eq u atio n   o f   th s ec o n d   k i n d .       ̇  = Q .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   6 Decem b e r   2 0 2 1 :    1 9 6 2   -   1 9 7 4   1968   T h k in etic  en er g y   o f   t h s y s tem   is   eq u al  to   th s u m   o f   th k in etic  en er g ies  o f   its   elem en ts .   L et’ s   f in d   t h k in etic  en e r g y   f o r   s p ac f r ee - f ly in g   r o b o ( Fig u r e   7 ) .   T h e   r o b o t   co n s is ts   o f   f o u r   b o d ies - b o d y   an d   th r ee   lin k s ,   th er e f o r e,   h av in g   c alcu lated   th v alu e   o f   t h k in e tic  en er g y   f o r   ea c h   b o d y ,   we  will  f in d   th k in etic   en er g y   o f   th e   en tire   s y s tem .           Fig u r 7 .   Sear ch   f o r   ch ar ac ter i s tic  p o in ts   o f   th en v ir o n m en u s in g   laser   r an g e f in d er s       = 3 = 0 .       T h k in etic  en e r g y   o f   r ig id   b o d y   in   t h g e n er al  ca s o f   m o t io n   is   eq u al  to :     = ̇ ̇ ,                           ( 1 )     wh er ̇   is   th Plü ck er   co o r d in ates  [ 2 1 ]   o f   th v elo city   o f   th b o d y   ( 1 ) ,   a n d   th m at r ix     ch ar ac ter izes  th m ass in er tial  ch ar ac ter is tics .   Ma tr ices    f o r   r i g id   b o d ies  o f   s p ac r o b o will  h av th f o llo win g   f o r m   ( we  n eg lect  th m o m en ts   o f   in e r tia  with   r esp ec to   th ax es o f   th e   lin k s ) :       0 = [             0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]             ,   = [             1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]             , = 1 , 2 , 3 ,     h er   is   th c o o r d in ate  o f   t h ce n ter   o f   m ass   o f   th e   lin k   alo n g   th e      ax is   ( in   th e   co o r d in ate   s y s tem   o f   th th   lin k ) .   I n   t h is   ca s e,   th k in e tic  en er g y   o f   th e n tire   s p ac r o b o t w ill b f o u n d   b y   th f o r m u la :       = ̇ ̇ ,   wh er = [ 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 3 ] .     Fo r   g r o u n d   r o b o t,  th m atr ic es    will h av th f o llo win g   f o r m :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         B ila tera l c o n tr o l sys tem  o f th s p a ce   r o b o t wi th   la r g d el a ys   ( G.   A lfer o v )   1969   = [             1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]             , = 1 , 2 ,       = [             1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]             , = 3 , 4 , 5 , 6 ,       h er   is   th co o r d in ate  o f   th e   c en ter   o f   m ass   o f   th e   lin k   al o n g   th    ax is   ( in   t h co o r d in ate  s y s tem   o f   th e       th   lin k ) ,   a n d     is   th co o r d in ate  o f   th e   ce n ter   o f   m ass   o f   t h lin k   alo n g   t h    ax is .   I f   we  s u b s titu te  ( 1 ) ,   th en   we  ca n   r e p r esen t th k in e tic  en er g y   o f   th s y s tem   in   t h e   f o r m :     = 1 2 q ̇ ( ) q ̇ ,   wh er e   =  .     n o we  s u b s titu te  th o b tain ed   ex p r ess io n   f o r   th k i n etic  en er g y   th r o u g h   th g en er alize d   v elo cities  in to   th e   L ag r an g e   eq u atio n   o f   t h s ec o n d   k in d :      [ 1 2 q ̇ q ̇ ] q ̇ [ 1 2 q ̇ q ̇ ] q = Q ,     [ 1 2 q ̇ q ̇ ] q ̇ = ( ) q ̇ ,    ( ( ) q ̇ ) = ( ) q ̈ + ̇ ( ) q ̇ ,     in   th ca s o f   9 - d e g r ee   o f   m o b ilit y   o f   th e   s p ac r o b o t ( f o r   t h g r o u n d   r o b o t th er will b 6   co m p o n en ts )       ̇ ( ) = [ 9 = 1 11 ( ) ̇ . . . 9 = 1 19 ( ) ̇ . . . . . . . . . 9 = 1 91 ( ) ̇ . . . 9 = 1 99 ( ) ̇ ] ,     [ 1 2 q ̇ q ̇ ] q = 1 2 q ̇ [  ( ) q ] q ̇ ,    ( ) = [ 9 = 1 11 ( ) . . . 9 = 1 19 ( ) . . . . . . . . . 9 = 1 91 ( ) . . . 9 = 1 99 ( ) ] ,       T h en   th eq u atio n s   o f   m o tio n   in   g en er al  f o r m   ca n   b wr itten   as  f o llo ws  ( f o r   g r o u n d   r o b o t,  in s tead   o f   9   th e r will b 6 )       ( q ) q ̈ + 9 = 1 [ q ̇ ( q ) q ̇ ] e = Q ,               ( 1 )       wh er e   ( q ) = (  ( q ) ) , , , = 1 , . . . , ,      ( q ) = 1 2 (  +   ) ,       wh er   is   u n it v ec to r   co l u m n   wh o s u n it is   in   th   -   th   r o w.   Su b s titu tin g   in to   ( 2 )   th d esire d   law  o f   v ar iatio n   o f   g e n er alize d   co o r d in ates,  we  f in d   g en er alize d   f o r ce s   th at  p r o v id t h d esir ed   m o tio n   o f   t h r o b o t.  Hen ce ,   ( 2 )   is   th s o lu ti o n   to   t h e   f o r war d   d y n am ics  p r o b lem .       3.   ADAP T I NG   T O   E N VIRO N M E N T A L   CH ANG E S   Fo r   th r o b o t’ s   wo r k in g   t o o t o   s u cc ess f u lly   p er f o r m   a n   o p e r atio n   with   an   o b ject,   it  is   n ec ess ar y   th at  in   th e   p r o ce s s   o f   im p lem en tin g   th e   o p e r atio n   th p o s itio n   o f   th o b ject  r elativ to   th e   wo r k in g   t o o l,   u n iq u ely   d eter m in ed   b y   th p o s itio n   o f   its   ch ar ac ter is tic  p o in ts ,   as   well  as  th m ag n itu d o f   th f o r ce   o f   in ter ac tio n   b etwe en   th to o an d   th o b j ec t,  ar id en tical  to   th f o r ce s   an d   p o s itio n   o f   th eir   m o d el s   in   th p r o ce s s   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l Vo l.  1 9 ,   No .   6 Decem b e r   2 0 2 1 :    1 9 6 2   -   1 9 7 4   1970   s tu d y in g .   L et  u s   c o n s id er   an   a d ap tatio n   m eth o d   b ased   o n   th s ea r ch   f o r   ch ar ac ter is tic  p o in ts   o f   o b jects  u s in g   laser   r an g ef in d er s ,   wh ich   ar n ec ess ar y   to   ca lcu late  th e   d if f er en ce   b etwe en   th r ea p o s itio n   an d   r o tatio n   o f   th b o d y   f r o m   its   m o d el  p o s itio n .   T h e   r a n g e   f in d e r s   will  b e   in s talled   at  th e   en d   o f   t h last   lin k   o f   th e   m an ip u lato r ,   r ig id ly   c o n n ec te d   to   th b o d y   o f   th wr is f o r c e - to r q u s en s o r   ( Fig u r e   7 ) .   T h m o v a b le  p ar o f   th s en s o r   s tr u ctu r is   u s u ally   f asten ed   t o   th e   wo r k i n g   to o o f   th e   m an ip u lato r ,   wh ich   allo ws  th g r ip p er   t o   s lig h tly   d is p lace   r elativ to   th last   lin k   d u e   to   d ef o r m atio n   o f   t h elastic  s tr u ctu r o f   th s en s o r   u n d er   t h e   ac tio n   o f   th f o r ce   ap p lied   to   t h g r ip p e r   wh en   it  in ter ac ts   with   en v ir o n m en tal  o b jects.  T h u s ,   th p o s itio n s   o f   th ch ar ac ter is tic  p o i n ts   o f   e n v ir o n m e n tal  o b jects  p r esen ted   in   th e   co o r d in ate  s y s tem   o f   t h last   lin k   ( s en s o r   b o d y )   s lig h tly   d if f e r   f r o m   th ei r   p o s itio n   in   th e   g r ip p er   co o r d in ate  s y s tem   an d   co i n cid wit h   it  in   th e   ab s en ce   o f   elastic  d ef o r m atio n   o f   th s en s o r ,   th at  is ,   in   th a b s en ce   o f   i n ter ac tio n   o f   th g r ip p e r   with   o b jects  o f   th e   ex ter n al  en v i r o n m e n t.  W h en   u s in g   laser   r an g e f in d er s ,   th c h ar ac ter is tic  p o in ts   ar th p o in ts   o f   r ef lectio n   o f   th laser   b ea m   f r o m   th s u r f a ce   o f   th m o d els  o f   en v ir o n m en tal  o b jects  o b tain ed   d u r in g   t h tr ain in g   p r o ce s s ,   an d   th p o in ts   o f   r ef lectio n   o f   th b ea m   f r o m   r ea o b jects  o b tain ed   d u r in g   th im p lem en ta t io n   o f   th r eq u ir ed   ac tio n .   E ac h   p o in co r r esp o n d s   to   th r ee   co m p o n en ts   o f   th p o s itio n   v ec to r   in   th co o r d in at s y s tem   o f   th las t   lin k   o f   th e   m an ip u lato r .   T h e   m o s co m m o n   d if f er e n ce   b etw ee n   th e   r ea e x ter n al  e n v ir o n m en an d   its   m o d el  is   n o th d if f er en c in   s p atial  co n f ig u r atio n s   o f   o b jects,  b u t   b asically   o n ly   in   th r elativ d is p lace m en an d   r o tatio n   r elativ to   ea ch   o th e r .   T h er ef o r e ,   to   ac h iev th p o s i tio n   o f   th wo r k in g   to o r elati v to   th s u r f ac o f   th ex ter n al  en v ir o n m en t,  id e n tical  to   th eir   r ela tiv m o d el  p o s itio n ,   it  is   n ec es s ar y   to   r o tate  an d   s h if th e   g r ip p er   ac c o r d in g ly .   Fig u r 7   ex p lain s   th is .   On   it,  f o r   co n v e n ien ce   o f   p er ce p tio n ,   n o th r ee - d im en s io n al,   b u t   two - d im en s io n al  ca s o f   th ex ter n al  en v ir o n m en is   p r esen ted .   Fo r   th p o s itio n   o f   th g r ip p er   r elativ to   th r ea s u r f ac t o   b i d en tica to   th p o s itio n   o f   its   m o d el  r elativ to   th m o d el  s u r f ac e,   it  is   n ec ess ar y   th at   th p o s itio n   v ec to r s   o f   at  l ea s two   p o in ts   ar e   eq u al,   t h at  is ,   X = X , = 1 , 2 , 3 , .   Fo r   th e   p r a ctica im p lem en tati o n   o f   th e f f ec o f   co m b in i n g   ch ar ac te r is tic  p o in ts   co r r esp o n d in g   to   ea ch   o th er   in   th co n tr o l   p r o ce s s ,   it  is   ad v is ab le  to   u s in   th co n tr o law  f o r   t h lo ca co n tr o s y s tem   o f   s p ac r o b o ter m   th at  is   a   f u n ctio n   o f   th v al u o f   th m is m atch   b etwe en   t h e   d esire d   X   an d   th e   cu r r e n X   v ec to r s   o f   p o s itio n   o f   ch ar ac ter is tic  p o in ts   o f   th ex ter n al  en v ir o n m en t.  An d   to   m ain tain   th v ec to r   o f   f o r ce   o f   in ter ac tio n   o f   th e   wo r k in g   t o o with   o b jects  o f   t h ex ter n al  e n v ir o n m en Q   clo s to   th d esire d   Q   o b tain e d   d u r i n g   tr ain in g ,   it  is   n ec ess ar y   to   u s in   t h co n tr o law,   in   ad d itio n   to   th e   ab o v e ,   th ter m   t h at  is   f u n ctio n   th m ag n itu d e   o f   th e   m is m atch   b etwe en   th v ec t o r s   Q   an d   Q T h law  is   as f o llo ws :     = 1 = 1 ( ) ( X X ) + ( Q Q ) ,       wh er Q   an d   Q   ar e   v ec to r s   o f   th e   d esire d   an d   cu r r en v alu es  o f   th f o r ce s   o f   in ter ac tio n   o f   th g r ip p er   with   th o b ject  o f   th ex ter n al  en v i r o n m en t.       4.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N   T o   v er if y   th r esu lts ,   we  will  ca r r y   o u co m p u ter   m o d elin g   in   th Ma tlab   k in em at ics  p ac k ag e.   T h p ac k ag is   b r o k en   u p   i n to   f u n ctio n s   th at  d ea p r im a r ily   with   h o m o g en e o u s   tr an s f o r m s   an d   th eir   L ie  alg e b r a,   an d   s et  o f   f u n ctio n s   f o r   in te r ac tin g   with   s er ial  lin k   k in em at ic  s tr u ctu r es.  T h er ar also   q u ite  f ew  f u n ctio n s   f o r   g en e r atin g   n i ce   p lo ts   an d   an im atio n s   o f   th r esu lts .   I n cl u d ed   is   an   h tm d o c u m en tatio n   p ag th at  lis ts   all   th f u n ctio n s ,   an d   ea c h   f u n cti o n   p r o v i d es  its   o wn   d o cu m e n tatio n .   First,  we  will  m o d el   t h Kin em atic  o f   f r ee - f ly in g   s p ac r o b o t,  th en   a f ter   we  will  m o d el  th d y n am i wh er we  r ep r esen th s o lu t io n   o f   th f o r war d   d y n am ics p r o b lem .       4 . 1   K ine m a t ic  m o delin g   L et  th f o llo win g   in itial  an d   f in al  v alu es  o f   th g e n er ali ze d   co o r d in ates  o f   a   f r ee - f ly in g   s p ac   r o b o t [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ]   b e   g iv en   ( Fig u r e   7 )     q 0 = [ 0 0 / 2 0 2 1 0 0 0 ] ,       q = [ / 6 0 / 4 0 2 5 2 / 3 / 2 0 ]       let  u s   in tr o d u ce   t h f o llo win g   d ep en d e n ce   o f   th ch a n g in   t h g en er alize d   co o r d in ates o n   tim     ̇ ( ) = ̇ ( ) ( 1 0 ) ,         = 1 , , 9 ,   wh er   1 0 ̇ ( )  = 1 ,   L et  u s   ̇ ( ) = 1     th en   we  g et  th f o llo win g   m o t io n   o f   a   f r ee - f ly in g   s p ac e   r o b o t ( Fig u r e   8) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         B ila tera l c o n tr o l sys tem  o f th s p a ce   r o b o t wi th   la r g d el a ys   ( G.   A lfer o v )   1971   L et  u s   p r esen t   co m p u ter   s im u latio n   o f   th e   f o r war d   k in e m atics  p r o b lem   f o r   th e   FANUC   g r o u n d   m an ip u lato r   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   T ak t h f o llo win g   co o r d in ates a s   th in itial a n d   f in al  v alu es:      q 0 = 0 ,     q = [ 3 / 2 / 8 / 3 / 6 / 2 / 4 ]     th d ep e n d en ce   o f   th g e n er ali ze d   co o r d in ates  o n   tim will  b s im ilar .   I n   t h is   ca s e,   th m o t io n   o f   th FANUC   m an ip u lato r   ( Fig u r e   6 )   is   s h o wn   in   Fig u r e   9 .     W will  s o lv th in v er s k i n em atics  p r o b lem   s im u ltan eo u s ly   f o r   b o th   g r o u n d   an d   s p ac r o b o ts ,   s in ce   th eir   to o ls   m u s b t h e   s am f o r   b ilater al  co n tr o l.  T h s p ac r o b o will  b e   v ir tu al,   s o   it  will  b s h o wn   with   d ash ed   lin e.   As  in p u d ata,   we  tak two   p o s itio n s   o f   t h to o l,  in to   wh ich   th r o b o ts   s h o u ld   co m f r o m   th eir   in itial st ate:      1 = [ 1 . 5 2 3 / 3 0 / 12 ] ,   2 = [ 1 1 4 / 3 0 / 12 ] ,     h er th f ir s th r ee   co m p o n e n ts   o f   th v ec to r   ar r esp o n s ib le  f o r   th co o r d i n ates  o f   th ch ar ac ter is tic  p o in o f   th to o l   in   ab s o lu te   s p ac e,   a n d   th e   last   th r ee   f o r   th e   o r ien t atio n   o f   th e   to o l.  T h m o tio n   o f   r o b o ts ,   as   in   t h ca s o f   th f o r war d   k i n em atics  p r o b lem ,   will  also   b u n if o r m .   Fig u r 1 0   illu s tr ates  th p o s itio n s   o f   th r o b o ts   at  th in itial m o m en t o f   tim e,   as we ll a s   in   th g iv en   p o s itio n s   o f   th to o l.              Fig u r 8 .   So lu tio n   o f   th f o r w ar d   k in em atics  p r o b lem   f o r   t h s p ac r o b o t     Fig u r 9 .   So lu tio n   o f   th f o r w ar d   k in em atics p r o b lem   f o r   th g r o u n d   r o b o t           Fig u r 1 0 .   So lu tio n   o f   th i n v e r s k in em atics p r o b lem   f o r   th e   s p ac an d   g r o u n d   r o b o t       4 . 2   Dy na m ic  m o delin g   W r ep r esen th s o lu tio n   o f   th f o r war d   d y n am ics  p r o b le m .   T h task   is   to   s ea r ch   f o r   g en er alize d   f o r ce s   th at  p r o v id g iv en   la o f   ch an g o f   g en er alize d   co o r d in ates.   L et  u s   g iv e   s o lu tio n   to   th p r o b lem   f o r   th f r ee - f l y in g   s p ac r o b o t.  L e t u s   s et  th f o llo win g   law  o f   c h an g o f   g e n er alize d   co o r d in a tes:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.