I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   2 Ap r i l   2020 ,   p p.   1376 ~ 138 6   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 2 . pp1376 - 1386             1376       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   In v e r se  k i n e m a t i c   a n a l y si s   o f   4   D O p i c k   a n d   p l a c e   a r m   r o b o t   m a n i p u l a t o r   u si n g   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r       Tr e s n a   D e w i 1 S i t i   N u r m ai n i 2 P o l R i s m a 3 Y u r n i   O k ta r i n a 4 ,   M u h am m ad   R o r i z 5   1, 3 , 4 , 5 E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   D e p a r t m e n t ,   P o l i t e kn i N e g e r i   S r i w i j a y a ,   I ndo n e s i a   2 I nt e l l i g e nt   S y s t e m   R e s e a r c G r o up,   F a c u l t y   o f   C o m put e r   S c i e nc e ,   U ni v e r s i t a s   S r i w i j a y a ,   I ndo ne s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   S e p   9 ,   20 19   R e v i s e O c t   17 ,   2 019   A c c e pt e O c t   27 ,   2 019       T he   a r m   r o bo t   m a n i p ul a t o r   i s   s u i t a bl e   f o r   s u b s t i t ut i ng   hum a ns   w o r ki ng   i n   t o m a t o   pl a nt a t i o t o   e ns ur e   t o m a t o e s   a r e   h a nd l e e f f i c i e n t l y .   T he   be s t   de s i g n   f o r   t hi s   r o bo t   i s   f o ur   l i n ks   w i t r o bus t   f l e x i bi l i t y   i x ,   y ,   a nd  z - c o o r di na t e s   a xi s .   I nv e r s e   k i ne m a t i c s   a nd  f uz z y   l o g i c   c o nt r o l l e r   ( F L C )   a pp l i c a t i o n   a r e   f o r   pr e c i s e   a nd  s m o o t m o t i o n.   I nv e r s e   k i ne m a t i c s   de s i g ns   t h e   m o s t   e f f i c i e n t   po s i t i o a nd  m o t i o o f   t he   a r m   r o bo t   b y   a dj us t i ng   m e c ha ni c a l   p a r a m e t e r s .   T he   F L C   ut i l i z e s   da t a   i npu t   f r o m   t he   s e n s o r s   t o   s e t   t he   r i g ht   po s i t i o a nd   m o t i o o f   t he   e nd - e f f e c t o r .   T h e   p r e d i c t e d   pa r a m e t e r s   a r e   c o m pa r e d   w i t h   e xpe r i m e nt a l   r e s u l t s   t o   s ho w   t he   e f f e c t i v e ne s s   o f   t h e   p r o po s e d e s i g a nd   m e t ho d.   T he   po s i t i o e r r o r s   ( i x,   y ,   a nd  z - a xi s )   a r e   0. 1% ,   0 . 1 % ,   a nd  0. 04 % .   T he   r o t a t i o e r r o r s   o f   e a c r o bo t   l i nks   ( θ 1 ,   θ 2 ,   a nd  θ 3 )   a r e   0 % ,   0. 7 %   a n 0. 3 % .   T he   F L C   pr o v i de s   t he   s u i t a b l e   a ng l e   o f   t he   s e r v o   m o t o r   ( θ 4 r e s po ns i b l e   i g r i ppe r   m o t i o n,   a nd  t he   e xp e r i m e n t a l   r e s u l t s   c o r r e s po nd  t o   F L C s   r ul e s - ba s e a s   t h e   i np ut   t o   t he   g r i pp e r   m o t i o s y s t e m .   T h i s   s e t up  i s   e s s e nt i a l   t o   a v o i e xc e s s i v e   f o r c e   o r   m i s s - p l a c e po s i t i o t ha t   c a da m a g e   t o m a t o e s .   T he   a r m   r o bo t   m a ni p ul a t o r   di s c us s e i t h i s   s t udy   i s   a   pi c a nd   pl a c e   r o bo t   t o   m o v e   t he   ha r v e s t e d   t o m a t o e s   t o   a   pa c ki ng   s y s t e m .   Ke y w or d s :   D e gr e e   o f   f r e e do m   F o r w a r ki n e m a t i c s l   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   Fu z z y   l o gi c   c o n t r o l l e r   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S i t i   N u r m a i ni   Int e l l i ge nt   S y s t e m   R e s e a r c h   G r o up,   F a c ul t y   of   Co m put e r   S c i e n c e ,   U n i v e r s i t a s   S r i w i j a y a ,   J a l a R a y a   P r a b um u l i h - I n de r a l a y a ,   P a l e m b a n g ,   I ndo n e s i a .   E m a i l :   s i t i _ n u rm a i n i @ u n s ri . a c . i d       1.   I N TR O D U C TI O   D ue   t o   i t s   l o c a t i o n   o t h e   e qua t o r,   I n do n e s i a   i s   b l e s s e w i t h   t r o pi c a l   c l i m a t e   a n a b unda n c e   of  b i o di ve r s i t y   t o   s uppo r t   In do n e s i a   e c o n o m i c   gr o w t h   i n   t h e   a g ri c ul t u r e   a nd  p l a n t a t i o n   s e c t o r .   O n e   of   t h e   e s s e n t i a l   c o m m o di t i e s   o f   In do n e s i a   pl a n t a t i o n   i s   t o m a t o e s .   A   t o m a t o   r e qui r e s   s pe c i a l   ha n d l i n g   du r i ng   t h e   h a r v e s t i n t i m e   t o   e n s u r e   o nl y   t h e   r i pe   o n e s   pi c ke d,   a n d   n o n e   o f   t h e m   a r e   c r us h e o r   da m a ge d .   T h e   e ff i c i e n c y   a n qu a l i t y   i m p r o ve m e n t   a r e   m a de   po s s i b l e   by   t h e   a pp l i c a t i o n   o f   di gi t a l   f a rm i ng  e m p l oy i n g   a   r o b o t   t o   ra i s e   t h e   qua l i t y   a n d   h y gi e n e   o f   t h e   ha r v e s t e f r ui t   [1 - 9].   T h e   a r m   r o b o t   m a n i pul a t o r   i s   t h e   m o s t   s ui t a b l e   t y pe   of   r ob o t s   t o   be   a ppl i e i n   pl a n t a t i o n   a nd  a g r i c ul t u r e   f o r   h a r v e s t i n a n p a c ka g i n g.   T h e   a r m   c a n   b e   c us t o m i z e t o   i m i t a t e   t h e   h u m a n ’s   a rm   m o t i o f r o m   o n e   po i nt   t o   o t h e r s   du ri n ha r v e s t i ng.   R obo t   m o t i o ns   c a b e   de s i gn e us i ng  a i n v e r s e   k i n e m a t i c s   m e t h o t o   ge n e r a t e   t h e   de s i r e t ra j e c t o r y ,   a n t h e   r o bo t   fo l l ow s   t h e   ge n e r a t e t ra j e c t o r y .   T h e   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   o ut put   i s   t h e   i de a l   p a r a m e t e r s   a n a ngl e s   o f   r ob o t   l i n ks   t o   e n s u r e   t h e   s m o o t h   m o t i o n   du r i ng  ha r v e s t i n g   t i m e   [10 - 2 1].   T h e   s ui t a b l e   e n d - e f f e c t o r   of   r o bo t   a ppl i e a s   a   ha r v e s t i n r o b o t   i s   a   gri ppe r .   M o r e ov e r ,   i n   o r de r   t o   a c h i e v e   gr i ppe r ’s   s m o o t h   m o t i o n,   a r t i f i c i a l   i nt e l l i g e n c e   (A I)  i s   a ppl i e t o   ut i l i z e   t h e   i n pu t   f r o m   t h e   a t t a c h e s e n s o r s   a t   a   r o b o t ’s   s y s t e m .   T h e   c o m m o n l y   us e A i s   t h e   f uz z y   l o gi c   c o n t r o l l e r   (F L C)  [22 - 25]  a n t h e   n e u ra l   n e t w o r ( N N [26 - 28] .   M a n y   ki n ds   o f   r e s e a r c h   ha v e   a ppl i e i n v e r s e   ki n e m a t i c s   t o   ge n e ra t e   a   r o b o t   t r a j e c t o r y .   H ow e ve r ,   m o s t   o f   t h e   pr e v i o us   r e s e a r c h   di n o t   a ppl y   A t o   e n s u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Inv e r s e   k i n e m at i c   ana l y s i s   of   4   D O F   pi c k   and   pl ac e   ar m   r ob ot   m an i pu l a t or   us i ng   f uz z y     ( T r e s na  D e w i )   1377   t h e   s m o o t hn e s s   of   t h e   r o bo t   [1 - 23].   T h e r e f o r e ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   de s i gn   a   r e a dy   t o   a ppl i e a rm - r o bo t   i n   h a n dl i n t h e   h a r v e s t e t o m a t o e s .   T hi s   de s i gn   c a n   b e   f a c i l i t a t e by   c a r e f ul l y   pl a nni n t h e   m e c ha n i c a l   pa r a m e t e r s   i n   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   de s i gn  a n d   s i m ul a t e d   t h e   r e s ul t i ng  de s i g i n   S c i L a b .   T h e   m o t i o n   s m o o t h n e s s   c a b e   a c hi e v e by   i m pl e m e nt i n g   F L t o   t h e   e nd - e ff e c t o r   de s i g n .     T h i s   p a pe r   di s c us s e t h e   de s i g n   a n c o n t r o l   o f   a   pi c a n pl a c e   a rm   r o bo t   a ppl i e i n   t o m a t o   pa c ka gi ng  e qui ppe w i t h   a   g ri ppe r   a t   t h e   e n d - e f f e c t o r   ut i l i z e t o   pi c a nd   pl a c e   a   t a r ge t .   I n   t h i s   s t udy ,   t h e   c o n s i de r e t a r ge t   i s   a   t o m a t o   t o   pi c k   f r o m   a   s t a r t i n g   po s i t i o a n d   pl a c e   i n t o   a   b e l t   c o n v e y o r .   T h e   m e c ha n i c a l   pa ra m e t e r s   o f   t h e   a rm   r o b o t   m a n i pu l a t o a r e   de s i g n e a n p r e di c t e us i n t h e   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   m e t h o d.   T h e   de s i gn e pa ra m e t e r s   a c h i e v e f r om   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a r e   us e t o   g e n e ra t e   r o b o t   t r a j e c t o r y ,   a nd  t h e   s m o o t hn e s s   o gr i ppe r   m o t i o n   i s   e n s u r e by   a ppl y i n F L ut i l i z i n t h e   i n pu t   f r o m   pr o xi m i t y   s e n s o r s   a t t a c h e t o   t h e   s t a rt i ng  po s i t i o n   o t a rg e t   a n r o b o t ’s   e n d - e ff e c t o r .   T h e   f i r s t   pr o xi m i t y   s e n s o r   i s   f o r   de t e c t i n t h e   a v a i l a b i l i t y   o f   t o m a t o .   T h e   s e c o n s e n s o r   i s   t o   s e n s e   t h e   di s t a n c e   b e t w e e n   t h e   g r i ppe r   a n d   t h e   t o m a t o .   T h e   p a r a m e t e r s   f r o m   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a l s o   de c i de   t h e   a n g l e   o f   gr i ppe r   o pe ni n t o   e n s ur e   t h e   ri g h t   g r i p pi n po s i t i o n   i n   h o l di ng  t h e   t o m a t o ;   t h e r e f o r e ,   n o   da m a ge   c a us e du r i ng  g ri ppi ng  a nd  pl a c i n t h e   t o m a t o .   T h e   n o v e l t y   of   t h i s   r e s e a r c h   i s   by   d e s i gn i n a   D O F   a rm   r o bo t   m a ni pul a t o r   us i n i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a na l y s i s   a nd  c o m b i n e w i t h   a F L t o   e n s u r e   t h e   s m o o t hn e s s   o f   gr i ppe r   m o t i o n .   T h e   i n put   a n d   e xpe r i m e nt a l   r e s ul t s   a r e   c o m pa r e t o   s h o w   t h e   e f fe c t i ve n e s s   of   t h e   p r o po s e m e t h o d.   T h e   e xpe r i m e nt   i s   c o n duc t e by   e m pl oy i n t h e   r o b o t   t pi c t h e   h a r v e s t e t o m a t o   f r o m   a   b o t o   a   b e l t   c o n v e y o r .   T h e   de s i gn e d   r o b o t   i s   r e l a t i v e l y   c h e a a n d   s t r a i g ht f o r w a r d,   o nl y   e m pl oy i n t w o   ul t r a s o ni c   s e n s o r s   a s   t h e   p r o xi m i t y   s e n s o r s .       2.   R ES EA R C H   M ET H O D   T h i s   s t u dy   pr o pos e s   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   m e t h o a n F L t o   c o n t r o l   a   4   D O F   a rm   r o b o t   m a n i pul a t o r   a ppl i e i n   t h e   di gi t a l   f a rm i n s y s t e m .   T h e   p r o po s e m e t h o e n s u r e s   t h e   ri g ht   de s i g n   of   t h e   m e c ha n i c a l   s y s t e m   a n t h e   s m o o t hn e s s   o f   t h e   e nd - e ffe c t o r   m o t i o n.   T h e   e l a b o r a t i o o f   t h e   p r o po s e d   m e t h o i s   s h o w n   a s   a   s c h e m a t i c   d i a g ra m   i F i gu r e   1,   w h i l e   r ob o t   de t a i l   a n t h e   e xpe ri m e n t a l   s e t up  a r e   s h o w n     i n   F i gu r e   2.   T h e   p r i m a r y   i n pu t   i s   t h e   p r o x i m i t y   s e n s o r s   da t a   w h e r e   t h e   f i r s t   p r o xi m i t y   s e n s o r   i s   t o   de t e c t   t a r ge t   a v a i l a b i l i t y ,   a n t h e   s e c o n pr o xi m i t y   s e n s o r   t o   de t e c t   t h e   di s t a n c e   b e t w e e n   t h e   e n d - e f fe c t o r   a n d   t h e   t a r ge t .   T h e   e n d - e f fe c t o r   i n   t hi s   s t udy   i s   a   gr i ppe r .   T h e   f i rs t   pr o xi m i t y   s e n s o r   i s   a t t a c h e t o   t h e   t a r ge t   po o l ,   a n t h e   s e c o n p r o xi m i t y   s e n s o r   i s   a t t a c h e t o   t h e   g ri ppe r .   T h e s e   s e n s o r s   po s i t i o n s   a r e   s h o w n   i n   F i gu r e   2 ( a ) a n F i gu r e   2 ( b )   s h ow s   t h e   t a r ge t   i n   t h e   f i na l   po s i t i o n   o r   a t   t h e   b e gi nn i ng  of   a   b e l t   c o n v e y o r .   T h e   pr o xi m i t y   s e n s o r s   a r e   t h e   i n pu t   t o   F L i n   t e r m   o f   r ul e s - b a s e d ,   w h i c h   i s   di c us s e i n   F L de s i g n.   F L i s   e m pl o y e t de c i de   t h e   de c i s i o t o   m o v e   t h e   r o b o t   b a s e o n   t h e   i n pu t   f r o m   p r o xi m i t y   s e n s o r s   a t t a c h e t o   t h e   r o bo t   s y s t e m .   T h e   r ul e s - b a s e de c i de s   t h e   r o t a t i o n   a n g l e s   o f   e n d - e ff e c t o r ’s   m o t o r   r o t a t i o n   4 )   r e l a t e t o   m e c h a ni c a l   de s i g n   i n   k i n e m a t i c s   a n a l y s i s .   T h e   D O F   a rm   r o b o t   m a n i pu l a t o r   c o n s i de r e i t hi s   s t udy   i s   s h o w n   i n   F i gu r e s   a nd  3 ,   w h e r e   e a c l i n i s   po w e r e by   a   s e r vo   m o t o r .   E a c h   s e r v o   m o t o r   r o t a t i o n   c r e a t e s   t h e   a n gl e   o r   o r i e n t a t i o n   o t h e   r o b o t ,   a n t h e   a ngl e s   a r e   na m e d   θ 1 ,   θ 2 ,   a n d   θ 3 ,   r e s pe c t i v e l y ,   a s   p r e s e n t e i F i g u r e   3 ( a )   a nd  3 ( b ) 1 ,   2 ,   a n d   3   a r e   s o l ve by   ki n e m a t i c s   a na l y s i s   o r   w i de l y   kn o w n   a s   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   m e t h o d.   T h e   ki n e m a t i c s   a na l y s i s   m e t h o c o n s i s t s   o f   fo r w a r a nd  i n v e r s e   ki n e m a t i c s   o f   a   r o bot .   T h i s   m e t h o i s   c o n duc t e t o   de s i gn   t h e   m o t i o a n po s e   of   a   r o bo t   b a s e o n   t h e   i de a l   m e c ha ni c a l   c o n d i t i o n   o f   t h e   a pp l i e r o bo t   s uc h   a s   t h e   l e ngt h   o f   t h e   l i nks   p r e s e nt e i F i gu r e   3 ( c ) .   T h e   o ut pu t   o f   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   gi v e s   t h e   p r e c i s e   pa r a m e t e r s   t o   de s i g n   t h e   r o b o t ’s   m e c h a n i c s   a n m o t i o n s .   T h e   p h y s i c a l   m e a n i ng  of   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   o ut put s   i s   t o   r e gul a t e   h ow   m uc t h e   s e r v o   m o t o r s   m us t   r o t a t e   t o   e n s u r e   t h e   r i g ht   po s i t i o o f   t h e   r o b o t   a n d   t h e   g ri pp i n g   a n g l e   4 a ppl i e w h i l e   h o l di ng  t h e   t a r ge t .           F i gu r e   1 .   T h e   s c h e m a t i c   d i a g ra m   o f   t h e   p r o po s e m e t h o d       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 A p ri l   2020   :     1376   -   1386   1378       (a )       (b )     F i gu r e   2 .   D e t a i l   r o b o t   a n d   e xpe r i m e nt a l   s e t up ,   (a R o bo t   de t a i l   a n d   t a rge t   po s i t i o n s (b T a r ge t   i F i na l   P o s i t i o n           (a )       (b )       (c )     F i gu r e   3 .   F o ur  D O F   a rm   r o b o t   a ppl i e d   i t hi s   s t udy ,   (a )   R obot   i c o o r di n a t e   f ra m e s ,   (b Ro bo t   i i ni t i a l   po s i t i o n (c )   R obo t   di m e n s i o n       2. 1 .   K i n e m ati c s   an a l ys i s   m e th o d   K i n e m a t i c s   i s   a   m e t h o o f   m o de l i n r o b o t   m o t i o n   w i t h o ut   c o n s i d e ri n t h e   f o r c e   a ppl i e t o   m o v e   t h e   r o b o t .   K i n e m a t i c s   a na l y s i s   i s   di v i de i n t o   f o r w a r a nd  i n v e r s e   ki n e m a t i c s .   By   a ppl y i n k i n e m a t i c s   m o de l i ng,   t h e   r o b o t   de s i gn   c a n   b e   e ff i c i e n t   by   c o n s i de ri n how   t h e   r o b o t   m ove s   i n   x,   y ,   a n z - a x i s .   T h e   a r m   r o b o t   c o n s i de r e i n   t hi s   s t u dy   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   3.   1   i s   t h e   a n g l e   b e t w e e n   t h e   f i r s t   j o i n t   a n gl e   a n t h e   b a s e ,   2   a n 3   a r e   t h e   s e c o n a nd  t hi r d   a n g l e s ,   a nd  4   i s   t h e   a n gl e   of   e n d - e ff e c t o r   o r   g ri ppe r .   T h e   i ni t i a l   po s i t i o n   o t h e   a rm   r o bo t   m a ni pu l a t o r   i s   s h o w n   i F i gu r e   3 ( b ) .     2. 1 . 1.   F o r w ar d   k i n e m ati c s   m o d e l i n g   K i n e m a t i c s   a n a l y s i s   of   a r m   r o bo t   m a n i pu l a t o r   s t a rt s   f r o m   fo r w a r ki n e m a t i c s .   F o r w a r k i n e m a t i c s   ut i l i z e s   m e c ha n i c a l   pa ra m e t e r s   t o   c a l c ul a t e   r o b o t   c o n fi gu r a t i o n   a n i n v e r s e   ki n e m a t i c s   t o   r e v e r s e   t h e   de r i v a t i o n   t o   a c qui r e   t h e   de s i r e c o n f i gu ra t i o n .   T h e   ge ne r i c   f o r m   o f   fo r w a r k i n e m a t i c s   o f   a n   a rm   r o b o t   m a ni pul a t o r   i s   g i v e n   by     3 0   =          [ ] ,   (1)     W h i l e   t h e   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   o f   a a r m   r o bo t   m a n i p ul a t o i s   gi v e n   by     [ ] =          3 0   (2)     W h e r e   [P ]   i s   t h e   de s i r e po s i t i o i x,   y ,   a nd   z - a xi s .   3 0 i s   t h e   ki n e m a t i c s   s o l ut i o o f   t h e   r o bo t .   I n v e r s e   ki n e m a t i c s   r e s ul t s   a r e   t h e   a n g l e   of   r ob o t ’s   m o t i o n   l i n ks   by   m o de l i n r o b o t   pa r a m e t e r s   b a s e o n   t h e   t a r ge t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Inv e r s e   k i n e m at i c   ana l y s i s   of   4   D O F   pi c k   and   pl ac e   ar m   r ob ot   m an i pu l a t or   us i ng   f uz z y     ( T r e s na  D e w i )   1379   po s i t i o n ,   t h e   l e n gt h   o f   t h e   l i n k ,   t h e   a n gl e   b e t w e e n   l i n ks   a n t h o s e   pa r a m e t e r s   b e c o m e s   t h e   i n p ut   t o   ge t   t h e   t r a n s f o r m a t i o n   m a t r i c e s .   T h o s e   m a t r i c e s   a r e   t h e   f o r w a rd  ki n e m a t i c s   r e qui r e t o   ge t   i n v e r s e   ki n e m a t i c s .   T h e   fo r w a r k i n e m a t i c s   us e s   pa ra m e t e r s   t o   c a l c ul a t e   t h e   r o b o t   c o n f i gur a t i o n,   a nd  t h e   ki n e m a t i c   i n v e r s e   r e v e r s e s   t h i s   c a l c ul a t i o n   t o   de t e rm i n e   t h e   p a ra m e t e r s   i n   a c hi e v i n g   t h e   de s i r e c o n f i gu ra t i o n.   T h e r e   a r e   t w o   w a y s   t o   s o l ve   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   of   a   r o bo t   t h a t   i s   us i n t h e   i n v e r s e   ki n e m a t i c   t r i go n o m e t r y   m e t h o a n D e n a v i t   H a rt e n b e r g   (D H s h o w n   i n   T a b l e   1 .   I t hi s   s t udy ,   t h e   m e c h a ni c a l   pa r a m e t e r s   a r e   a c hi e v e by   de r i v i n g   D H   a n a l y s i s   t o   ge t   t h e   t ra n s f o r m a t i o m a t ri x.   T h e   r o b o t   pa r a m e t e r s   f r o m   F i gu r e   3 ( a )   ar e   s o rt e i T a b l e   1 ,   a n d   t h e   t r a n s f o r m a t i o m a t ri i s   g i v e n   by     = [ 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 ] 1 0 = [ 2 2 0 0 2 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ] 1 2   (3)   = [ 3 3 0 2 3 3 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ] 2 3 ,   a n = [ 4 4 0 3 4 4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ] 3 4     w h e r e   i s   c o s   θn   a n d   S θ i s   s i n   θ n,   a nd       T a b l e   1 .   D e n a v i t   h a rt e n b e r p a ra m e t e r s   NO   θ n   d n 1   a n 1   α n 1   1   θ 1   0   0   α 1   2   θ 2   0   a 2   0   3   θ 3   0   a 3   0   4   θ 4   0   a 3   0       2. 1 . 2.   I n v e r s e   k i n e m ati c s   In v e r s e   ki n e m a t i c s   i s   t h e   m a t h e m a t i c a l   c a l c ul a t i o n   f o r   f i n di n t h e   pa ra m e t e r s   i n   f o r w a r ki n e m a t i c s ,   a n by   kn o w i n t h e   b e s t   v a l ue   f o r   e a c h   p a r a m e t e i n   T a b l e   1 ,   t h e   de s i r e po s i t i o n   a nd  o ri e nt a t i o n   o f   t h e   r o b o t   i s   a c hi e v e d.   T h e   de ri v a t i o n   o f   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   i s   a   c ha l l e n g i n m a t h e m a t i c a l   t a s k ,   e s pe c i a l l y   w h e n   t h e   a n g l e s   a r e   m o r e   t ha 2.   I n   t h i s   s t udy ,   t h e   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   i s   o n l y   t o   f i n 1   t o   3.   T h e   pa ra m e t e r   4   i s   r e l a t e t o   t h e   e nd - e ff e c t o r ,   a n d   F L de c i d e s   t h e   e nd - e ff e c t or  m o t i o n   b a s e o n   t h e   i nput   f r o m   t h e   p r o xi m i t y   s e n s o r s   a t t a c h e d   t o   t h e   r o bo t   s y s t e m .     I n v e r s e   ki n e m a t i c s   in   t h i s   pa pe r   is   c a l c ul a t e d   by   a n   a l ge b r a i c   m e t h o d   to   f i n d   t h e   re v e r s e   of   ( 3 )   a n d   a c h i e v e   1   to   3 .   1   to   3   c a l c ul a t i o n   a r e   g i v e n   by   ( 4 ) ( 5 ) ,   a nd   ( 6 ) .     2 =  2 +  2 1 2 2 2 2 1 2 2   (4)     t h e r e f o r e ,     2 = 2 ( ± 1 (  2 +  2 1 2 2 2 2 1 2 2 ) 2 ,    2 +  2 1 2 2 2 2 1 2 2 )   (5)     T h e   a n gl e   c r e a t e d   b y   t h e   m o t i o n   l i n k   1   r e l a t i v e   to   t h e   b a s e   ( 1 )     a n d     t h e   t h i r d   l i n k   ( 3 )   a r e     1 = 2 ( 2 + 2 ( 2 2 + 1 ) 2 2 2 + 1 )   (6)   3 = ± 2 ( 2 + 2 ( 2 12 + 1 ) 2 2  12 + 1 )       2. 2 .   F u z z l o gi c   c o n tr o l l e r   d e s i gn     F L w a s   i nt r o duc e by   L of t i   Z a de h   a s   a   c o n t r o l l e r   f o r   a   p l a nt .   F u z z y   s e t s   a r e   t h e   l o gi c   b a s e o n   t h e   i n put   c o m i ng  f r o m   s e n s o r s   t h e   f uz z y   l o gi c   de r i v e f ro m   t h e   w a y   h um a n   t h i n ks   i n s t e a o f   t h e   e xa c t   ma t h e m a t i c a l   m o de l i n g .   T h e   r ul e s - b a s e f o r   F L a ppl i c a t i o n   i s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   pos s i b l e   c o n di t i o n s   t ha t   m i g ht   o c c ur   i n   t h e   s y s t e m .   In   t h i s   s t u dy ,   t h e   r ul e s   a r e   s e t   b a s e o n   t h e   po s i t i o n   o f   a   t a r ge t   r e l a t i v e   t pr o xi m i t y   s e n s o r s   de t e c t i o n   a s   t h e   i n pu t   f o r   t h e   s y s t e m ,   a n d   t h e   r ul e s - b a s e go ve r t h e   r o b o t   w h e t h e t o   g ra t h e   t a r ge t ,   s t a rt   t o   m o ve ,   o r   s t a y   i n   i dl e   po s i t i o n.   T h e   r ul e s - b a s e s e t   i n   s t udy   i s   s h ow n   i n   T a b l e   2,   w h e r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 A p ri l   2020   :     1376   -   1386   1380   i n put s   a r e   t h e   de t e c t i o n   da t a   f r o m   pr o xi m i t y   s e n s o r s   (s e n s or s ’  i n s t a l l a t i o n   po s i t i o n s   a r e   s h o w n   i n   F i gu r e   2)  a n t h e   r o b o t   b a s e   a n g l e   (θ1)   s h o w n   i F i gu r e   3 ( a ) .   T h e   m o re   r u l e s   s e t ,   t h e   s m o o t h e g ri ppe r   m o t i o i s .   T h e   m e m b e r s hi f u n c t i o n   c h o s e n   i n   t h i s   s t udy   i s   gi v e by     = { 0    ( ) / ( )    1      (7)     w h e r e   α  a nd  β   i s   t h e   uppe r   a n l o w e r   bo un da r y   i n di c a t i n g   N e a r   a n F a r   d i s t a n c e   b e t w e e n   t h e   t o m a t o   (t a r ge t )   a n t h e   g ri ppe r .   α   i s   b e t w e e n   t o   c m ,   a n d   β   i s   i t he   ra n ge   o f   11  t o   20   c m .   B a s e o n   t h e   pl a c e   of   i n s t a l l a t i o n ,   t h e   p r o xi m i t y   s e n s o r s   r u l e s   a r e   di v i de i nt o   r ul e s   fo r   pr o xi m i t y   s e n s o r   a n s e n s o r   2 ,   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   2 ( a ) .   T h e   f i r s t   p r o xi m i t y   s e n s o r   i s   a t t a c h e t o   t h e   pi c ki n p l a c e   t i n di c a t e   t h e   a v a i l a b i l i t y   of  t o m a t o   t be   gr a b b e by   t h e   r o bo t   a n pl a c e o n   b e l t - c o n ve y o r .   P r o xi m i t y   s e n s o r   r u l e s   a r e   i n   N e a r   o r   F a r N e a r   i s   w h e n   t h e   di s t a n c e   i s   ≤  c m ,   a nd  F a r   i s   >   5c m .   P r o xi m i t y   s e n s o r   1   o ut put   da t a   i s   r e l a t e i n   r o b o t   m o t i o n   i n   pi c ki n a n pl a c i ng  a   t o m a t o .   T h e   r ul e s   fo r   pr o xi m i t y   s e n s o r   a r e   s e t   t o   b e   N e a r,   M e di u m ,   a n d   F a r .   N e a r   i s   s e t   w h e t h e   p r o xi m i t y   s e n s o r   de t e c t s   t h e   t a r ge t   t o   b e   t o   c m   f r o m   t h e   r o b o t .   M e di um   i s   s e t   i n   t h e   r a n ge   t o   10  c m   a n F a r   i s   i n   11  t o   20  c m .   T h e   da t a   f r o m   pr o xi m i t y   s e n s o r   2   i s   r e l a t e t o   t h e   s e r v o   m o t o r   r o t a t i o a nd  gri ppe r   a n gl e   ( 4 w h e t h e r   i t   s h o ul d   b e   S m a l l M e di um ,   a n B i g .   T h e   r ul e s   i T a b l e   a r e   c o n v e r t e i n t o   t h e   m e m b e r s h i p   f un c t i o a s   s h o w n   i F i gu r e   4 .   M e m b e r s h i i n put s   a r e   s h o w n   i n   F i gu r e   4 ( a )   a n o ut p ut   (g ri ppe r   m o t i o n i s   gi v e n   i n   F i gu r e   4 ( b ) .   F L o ut put s   a r e   t h e   po s s i b i l i t i e s   o f   gri ppe r’s   f i n a l   m o t i o n   i n   g r a b b i n g   t h e   t o m a t o ,   a nd  a r e   i t e r m   o f   S m a l l ,   M e di um ,   a n d   B i g.   T h e s e   t e r m s   r e l a t e t o   t h e   de g r e e   (a n g l e o f   s e r vo   m o t o r s   r o t a t i o a nd  r o b o t   m o t i o n s .   S m a l l   m e a n s   t h e   s e r v m o t o r ’s   de gr e e   i n   t h e   ra n ge   o f   20 o   t o   25o ,   a n t h e   r o bo t   i s   i n   t h e   s t a t e   of   pi c ki n a nd  pl a c i ng   t h e   t a r ge t   o r   m a n i p ul a t e o bj e c t .   M e di u m   i s   w h e n   t h e   s e r v o   r o t a t i o n   i n   a   r a nge   of   25o   t o   25 o ,   a n t h e   r o bo t   i s   i n   i n i t i a l   m o t i o n   o s t a rt i ng  t o   pi c a n p l a c e   t h e   t a rge t .   B i g”   i s   w h e n   t h e   s e r v o   r o t a t i o n   i t h e   ra n ge   o 37o   t o   60o   a n t h e   r o bo t   i s   i n   s t a ndby   m o d e .   T h e   e l a b o r a t i o n   o f   h o w   t o   r e l a t e   t h e   i nput s   t o   t h e   o ut put   i s   b y   f uz z i f i c a t i o n   s h o w n   i F i g u r e   5 ,   a n d   h o w   t h e   i n pu t   i n   F i gu r e   5 ( a )   c a n   c a us e   t h e   m o t i o i F i gu r e   5 ( b ) .       T a b l e   2 .   R ul e s   b a s e f uz z y   l o gi c   t o   c o n t r o l l e 4D O F   a r m   r o b o t   m a ni pu l a t o r     NO   IN P U T   O U T P U T   P ro x i m i t y   S e n s o r   1   P ro x i m i t y   S e n s o r   2   B a s e   A n g l e   ( 1 )   Gr i p p e r   ( 4 )   1   N e a r   N e a r   S m a l l   S m a l l   2   N e a r   N e a r   M e d i u m   S m a l l   3   N e a r   N e a r   F a r   S m a l l   4   N e a r   M e d i u m   S m a l l   S m a l l   5   N e a r   M e d i u m   M e d i u m   M e d i u m   6   N e a r   M e d i u m   F a r   M e d i u m   7   N e a r   F a r   S m a l l   M e d i u m   8   N e a r   F a r   M e d i u m   M e d i u m   9   N e a r   F a r   F a r   M e d i u m   10   M e d i u m   N e a r   S m a l l   M e d i u m   11   M e d i u m   N e a r   M e d i u m   M e d i u m   12   M e d i u m   N e a r   F a r   M e d i u m   13   M e d i u m   M e d i u m   S m a l l   M e d i u m   14   M e d i u m   M e d i u m   M e d i u m   M e d i u m   15   M e d i u m   M e d i u m   F a r   M e d i u m   16   M e d i u m   F a r   S m a l l   M e d i u m   17   M e d i u m   F a r   M e d i u m   M e d i u m   18   M e d i u m   F a r   F a r   Bi g   19   F a r   N e a r   S m a l l   Bi g   20   F a r   N e a r   M e d i u m   Bi g   21   F a r   N e a r   F a r   Bi g   22   F a r   M e d i u m   S m a l l   Bi g   23   F a r   M e d i u m   M e d i u m   Bi g   24   F a r   M e d i u m   F a r   Bi g   25   F a r   F a r   S m a l l   Bi g   26   F a r   F a r   M e d i u m   Bi g   27   F a r   F a r   F a r   Bi g       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Inv e r s e   k i n e m at i c   ana l y s i s   of   4   D O F   pi c k   and   pl ac e   ar m   r ob ot   m an i pu l a t or   us i ng   f uz z y     ( T r e s na  D e w i )   1381       (a )       ( b)     F i gu r e   4 .   M e m b e r s h i f u n c t i o o f   i nput   a nd  o ut pu t ,   (a I nput   m e m b e r s hi p   f un c t i o n ( b O ut put   m e m b e r s hi f u n c t i o n         (a )   M e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   o u t p u t   n u m b e r   1   n a m e d   M o t o r   G r i p p e r B i g M e d i u m S m a l l 0 . 8 3 7 0 . 3 5 M o t o r   G r i p p e r   A n g l e 0 . 1 5 M u   ( M o t o r   G r i p p e r   A n g l e )   (b )     F i gu r e   5 .   I nput   a nd  o ut pu t   f uz z i f i c a t i o n ( a I n put   m e m b e r s hi f un c t i o n (b O u t put   m e m b e r s hi p   f un c t i o n       3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   D a t a   c o l l e c t i n m e t h o i n   t hi s   s t udy   i s   di v i de i nt o   t w o   s t e ps ,   a rm   r o bo t   m o t i o n   d a t a ;   t a ke n   us i n g   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   t o   de t e c t   t h e   p r e c i s e   pos i t i o n   o f   t o m a t o   i Ca r t e s i a n   c o o r di n a t e s   f r a m e s ,   a n G r i ppe r   d a t a ;   t a ke n   by   c a l c ul a t i ng  h o w   m uc h   t h e   s e r v o   r o t a t i o n   a ngl e s   pr o duc e duri n pi c ki ng  a n p l a c i n t o m a t o e s .   T h e   a r m - r o b o t   p o s i t i o n s   in   Ca rt e s i a n   c o o r di n a t e s   f r a m e s   a re   c o n v e rt e d   i nt o   t h e   a n gl e s   of   e v e r y   r obo t   j o i n t s   ( 1 ,   2 ,   a n d   3 )   in   F i gu r e   3 a ,   a nd   t h e   c a l c ul a t i o n   of   1 ,   2 ,   a n d   3   is   g i v e n   in   e q.   4   to   6.   T h e   i ni t i a l   po s i t i o n   of   t h e   a r m   r o bo t   m a ni pu l a t o r   is   s h o w n   in   F i gu r e   3 ( b ) .   T a b l e   3   p r e s e n ts   t h e   r o b o t   po s i t i o n s   r e f e r e n c e   in   Ca r t e s i a n   c oo r di na t e s   f ra m e   ( x ,   y ,   a nd   z - a x i s )   as   t h e   i n pu t   to   ki n e m a t i c s   a na l y s i s   to   c a l c ul a t e   1 ,   2 ,   a n d   3 ,   a n d   t h e   a c t u a l   r o bo t   po s i t i o n s   in   x ,   y a n d   z - a xi s   By   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   c a l c ul a t i o n ,   a r m   r o bo t   po s i t i o n   r e l a t i v e s   t o   t h e   t a r ge t   a n t h e   a n g l e s   of   e v e r y   j o i n t   a r e   a c qui r e by   kn ow i n t h e   l e n gt h   o f   l i n ks   a n o t h e m e c h a ni c a l   pa ra m e t e r s   p r e s e nt e i T a b l e   1.   T h e   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   r e s ul t s   a r e   c o m pa r e t o   t h e   r e a l   d a t a   f r o m   e xpe r i m e n t s   t o   s h o w   t h e   e f f e c t i v e n e s s   of   t h e   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   a na l y s i s   i n   t hi s   s t udy .   T a b l e s   a n s h o w   t h e   e rr o r   c o m pa ri s o n   b e t w e e n   t h e   da t a   f r o m   i n v e rs e   ki n e m a t i c s   a n d   t h e   a c t ua l   d a t a   t a ke n   f r o m   t h e   e xpe ri m e n t .   T h e   e rr o i s   c a l c ul a t e b y     %   E r r o r   = D at a   f r o m   I n v er s e   K i n em a t i c s A c t ual   D at a   f r o m   E x p er i m en t × 100%   (8)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 A p ri l   2020   :     1376   -   1386   1382   T a b l e   3 .   I nput   a nd  o ut pu t   po s i t i o n s   o f   a rm   r o b o t   m a n i pul a t o r   No   In p u t   Ca rt e s i a n   ( c m )   O u t p u t   Ca rt e s i a n   (c m )   O ri e n t a t i o n   A n g l e   ( o )   x   y   z   x   y   z   1   2   3   1   9   2   0   8 . 9   2 . 1   0   0   7 4 . 6   5 3 . 4   2   9   3   0   9 . 1   3 . 2   0   0   8 6 . 5   5 9 . 9   3   9   4   0   9 . 1   3 . 8   0   0   1 0 0 . 4   67   4   9   5   1   9   4 . 9   1 . 1   6 . 3 4   1 1 8 . 4   76   5   9   6   1   8 . 9   6 . 1   1 . 1   6 . 3 4   1 2 1 . 5   80   6   10   4   1   1 0 . 2   3 . 9   1 . 2   5 . 7 1   9 1 . 8   5 9 . 1   7   10   4   5   1 0 . 1   3 . 9   5 . 1   2 6 . 6   9 1 . 8   5 9 . 1   8   11   4   5   11   3 . 9   4 . 9   2 4 . 4   8 4 . 9   5 2 , 1   9   12   4   5   1 2 . 1   4   5 . 2   2 2 . 7   79   4 5 . 5   19   10   4   5   9 . 9   4   5   2 6 . 6   9 1 . 8   5 9 . 1       T a b l e   4.   A r m   r o b o t   e r r o r   po s i t i o n s   in   C a r t e s i a n   c o o r di na t e s   No   In p u t   O u t p u t   E rr or   E r r o r   P er c e n t a g e   x   y   z   x   y   z   x   y   z   x   y   z   1   9   2   0   8 . 9   2 . 1   0   0 . 1   0 . 1   0   1 . 1 %   5%   0%   2   9   3   0   9 . 1   3 . 2   0   0 . 1   0 . 2   0   1 . 1 %   6 . 7   %   0%   3   9   4   0   9 . 1   3 . 8   0   0 . 1   0 . 2   0   1 . 1 %   5%   0%   4   9   5   1   9   4 . 9   1 . 1   0   0 . 1   0 . 1   0%   2%   10%   5   9   6   1   8 . 9   6 . 1   1 . 1   0 . 1   0 . 1   0 . 1   1 . 1 %   1 . 6 %   10%   6   10   4   1   1 0 . 2   3 . 9   1 . 2   0 . 2   0 . 1   0 . 2   2%   2 . 5 %   20%   7   10   4   5   1 0 . 1   3 . 9   5 . 1   0 . 1   0 . 1   0 . 1   1%   2 . 5 %   2%   8   10   4   5   11   3 . 9   4 . 9   0   0 . 1   0 , 1   0%   2 . 5 %   2%   9   10   4   5   1 2 . 1   4   5 . 2   0 . 1   0   0 . 2   0 , 8 %   0%   4%   10   10   4   5   9 . 9   4   5   0 . 1   0   0   1%   0%   0%   E rro r   A v e r a g e   0 . 1 %   0 . 1 %   0 . 0 4 %       T a b l e   5 .   E rr o pe r c e n t a ge   b e t w e e n   t h e   a n g l e s   a c h i e v e f r o m   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a n d   e xpe ri m e n t   No   In v e r s e   K i n e m a t i c s   P r e d i c t i o n   O u t p u t   F ro m   E x p e ri m e n t s   E rro r   P er c e n t a g e   A n g l e   ( o )   A n g l e   ( o )   A n g l e   ( o )   1   2   3   1   2   3   1   2   3   1   0   7 4 . 6   5 3 . 4   0   7 4 . 6   5 3 . 4   0   0   0   2   0   8 6 . 5   5 9 . 9   0   8 6 . 5   5 9 . 9   0   0   0   3   0   1 0 0 . 4   67   0   1 0 0 . 4   67   0   0   0   4   6 . 3 4   120   76   6 . 3 4   1 1 8 . 4   76   0   1 . 4 %   0   5   6.   34   120   80   6 . 3 4   1 2 1 . 5   80   0   1 . 2 5 %   0   6   5 . 7 1   90   60   5 . 7 1   9 1 . 8   5 9 . 1   0   2%   1 . 5 %   7   2 6 , 6   90   60   2 6 . 6   91. 8   5 9 . 1   0   2%   1 . 5 %   8   2 4 . 4   8 4 . 9   5 2 . 1   2 4 . 4   8 4 , 9   5 2 . 1   0   0   0   9   2 2 . 7   79   4 5 . 5   2 2 . 7   79   4 5 . 5   0   0   0   10   2 6 , 6   9 1 . 8   5 9 . 1   2 6 . 6   9 1 . 8   5 9 . 1   0   0   0     E rro r   A v e r a g e   0%   0 . 7 %   0 . 3 %       T h e   c o m pa ri s o n   o f   r o bo t   r e f e r e n c e s   a n a c t ua l   po s i t i o n s   a r e   s h o w n   i n   F i gu r e   6 ( a )   w h e r e   X i ,   Y i ,   a n d   Z i   a r e   t h e   po s i t i o n s   i n put   t o   i n v e r s e   ki n e m a t i c s ,   a n X 0 ,   Y 0 ,   a n Z 0   a r e   t h e   a c t ua l   po s i t i o n .   T h e   e rr o r s   b e t w e e n   t h e   r e f e r e n c e s   a n a c t ua l   po s i t i o n s   a r e   s h o w n   i n   F i gur e   6 ( b )   w h e r e   E rr o r _ P o s _ X ,   E rr o r _ P o s _ Y,   a n E rr o r _ P o s _ Z   a r e   t h e   e rr o r   po s i t i o i x ,   y ,   a nd  z - a xi s   r e s pe c t i v e l y .   T a b l e   a n F i gu r e   6   i ndi c a t e   t ha t   t h e   e rr o r s   a r e   v e r y   s m a l l   (0 . 1% ,   0 . 1% ,   a n d   0 . 04%   i x ,   y ,   a n d   z - a xi s   r e s pe c t i v e l y ).   T h e   c o m pa ri s o n   o f   r obo t ’s   o r i e n t a t i o n   b e t w e e n   t h e   pr e di c t e by   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a nd  a c t u a l   o r i e nt a t i o n   f r o m   t h e   e xpe r i m e nt   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   7 ( a )   w h e r e   1 2 ,   a n 3   a r e   1 ,   2 ,   a nd   3   r e f e r e n c e   i n put s   r e s pe c t i v e l y ,   a n d   1 0 2 0 ,   a n d   3 0   a r e   t h e   a c t u a l   1 ,   2 ,   a nd   3   a c h i e v e f r o m   t h e   e xpe r i m e nt .   T h e   e rr o r   b e t w e e n   t h e   pr e di c t e a n a c t ua l   o r i e n t a t i o n   i s   gi v e n   i n   F i gu r e   7   w h e r e   %T 1 ,   %T 2 ,   a n % T a r e   t h e   e rr o r   i n   1 ,   2 ,   a nd   3 r e s pe c t i v e l y .   T a b l e   a n F i gu r e   7   s h o w   t h a t   t h e   e rr o r s   a r e   v e r y   s m a l l   (0%,   0 . 7% ,   a n 0 . 3%   f o r   1 ,   2 ,   a nd   3 r e s pe c t i v e l y ).   T h e   e rr o r s   i r o b o t   po s i t i o n s   a n d   o r i e nt a t i o n s   o c c ur   d ue   t o   t h e   s e r v ge a r s   do   n o t   a l l o w   t h e   m o t o r   t o   r o t a t e   pr e c i s e l y   a n t h e   r o undi n c a l c ul a t i o n   t ha t   u n a v o i da b l e   to   t h e   l i m i t e m i c r o pr o c e s s o r   m e m o r y .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Inv e r s e   k i n e m at i c   ana l y s i s   of   4   D O F   pi c k   and   pl ac e   ar m   r ob ot   m an i pu l a t or   us i ng   f uz z y     ( T r e s na  D e w i )   1383       (a )       (b )     F i gu r e   6 .   T h e   c o m pa r i s o n   o f   r o b o t ’s   r e f e r e n c e s   a n d   a c t u a l ,   (a Co m pa ri s o n   o f   r o b o t   po s i t i o n   r e f e r e n c e s   a n d   a c t ua l (b C o m pa r i s o e rr o r           (a )       (b )     F i gu r e   7 .   T h e   c o m pa r i s o n   o f   r o b o t ’s   o r i e n t a t i o b e t w e e n   t h e   pr e d i c t e d   by   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a nd   a c t ua l   o ri e n t a t i o n   a c hi e v e by   e xpe r i m e n t ,   (a )   Co m p a r i s o o f   r o bo t   o r i e n t a t i o n   r e f e r e n c e s   a n a c t ua l ,   (b Co m pa r i s o e rr o r       T e n   e xpe r i m e nt s   w e r e   c o n duc t e t o   c o m pa r e   t h e   a rm   r o b o t   e rr o r   po s i t i o n   i n   C a r t e s i a n   c o o r di na t e s   a n a n g l e   of   o r i e n t a t i o n   a c h i e v e f r o m   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a n e xpe ri m e n t s .   I n   e xpe r i m e n t   1,   t h e   Ca r t e s i a n   r e f e r e n c e   i n pu t   i n   x ,   y ,   a n z - a xi s   a r e   9,   2 ,   a nd  0 ,   r e s pe c t i v e l y .   T h i s   c o o r di na t e s   po s i t i o i s   t h e   t a r ge t   t o   be   a c hi e v e by   a r m   r o bo t   m a ni pul a t o r .   T h e   r e a l   po s i t i o n s   f r o m   e xpe ri m e n t s   a r e   8. 9 ,   2 . 1 ,   a nd  f o r   x,   y ,   a n d   z - a x i s   a n d   0 o ,   74. 6 o ,   a n d   53. 4 o   f o r   1 ,   2 ,   a n d   3 ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o f o un i t hi s   e xpe ri m e nt   i s     0 . c m .   I n   e xpe r i m e nt   5,   t h e   Ca rt e s i a n   r e f e r e n c e   i n put   i n   x ,   y ,   a nd  z - a x i s   a r e   9,   6 ,   a nd  1 ,   r e s pe c t i v e l y .   T h i s   c o o r di n a t e s   po s i t i o n   i s   t h e   t a r ge t   t o   b e   a c h i e v e by   a r m   r o b o t   m a n i pu l a t o r.   T h e   r e a l   po s i t i o n s   f r o m   e xpe r i m e nt s   a r e   8. 9 ,   6. 1,   a nd  1. f o r   x,   y ,   a n z - a xi s   a n 6 . 34 o ,   121 . 5 o ,   a n 80 o   fo r   1 ,   2 ,   a nd   3 r e s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o r   f o un i n   t hi s   e xpe ri m e n t   i s   0. c m .   I n   e xpe r i m e n t   7 ,   t h e   Ca rt e s i a r e f e r e n c e   i n pu t   i n   x ,   y ,   a n z - a x i s   a r e   10,   4,   a n d   5 ,   r e s pe c t i v e l y .   T hi s   c oo r di na t e s   po s i t i o n   i s   t h e   t a r ge t   t o   b e   a c h i e v e by   a r m   r o bo t   m a ni pul a t o r .   T h e   r e a l   po s i t i o n s   f r o m   e xpe r i m e nt s   a r e   10. 1,   3 . 9,   a nd  5 . 1   f o r   x,   y ,   a n z - a xi s   a n d   26 . 6   o ,   91. 8   o a n 59. 1 o   f o r   1 ,   2 ,   a n d   3 ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o f o un i n   t hi s   e xpe ri m e nt   i s   0 . c m .   In   e xpe r i m e n t   9 ,   t h e   Ca rt e s i a n   r e f e r e n c e   i n pu t   i x,   y ,   a nd  z - a xi s   a r e   1 2,   4 ,   a n 5 r e s pe c t i v e l y .   T h i s   c o o r di n a t e s   po s i t i o n   i s   t h e   t a r ge t   t o   b e   a c h i e v e by   a r m   r o b o t   m a n i pu l a t o r.   T h e   r e a l   po s i t i o n s   f r o m   e xpe r i m e nt s   a r e   12 . 1 ,   4,   a n d   5. f o r   x,   y ,   a n z - ax i s   a nd  22 . 6 o ,   79 o ,   a nd  45 . 5 o   f o r   1 ,   2 ,   a n d   3 r e s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o r   f o un i n   t hi s   e xpe r i m e nt   i s   ≤  0. c m .   I n   e xpe r i m e nt   10 ,   t h e   C a r t e s i a n   r e f e r e n c e   i n put   i n   x,   y ,   a n d   z - a x i s   a r e   10 ,   4,   a n 5 r e s pe c t i v e l y .   T h i s   c o o r di na t e s   po s i t i o n   i s   t h e   t a r ge t   t o   be   a c h i e v e by   a r m   r o b o t   m a ni pul a t o r .   T h e   r e a l   po s i t i o n s   f r o m   e xpe ri m e n t s   a r e   9. 9 ,   4 ,   a n f o r   x,   y ,   a n z - a x i s   a n d   26. 5 o ,   91 . 8 o ,   a nd  59. 1 o   f o r   1 ,   2 ,   a nd   3 r e s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o r   f o un d   i t hi s   e xpe r i m e nt   i s     0. c m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   2 A p ri l   2020   :     1376   -   1386   1384   A s   pr e s e n t e i n   T a b l e   2,   F L i s   r e s po n s i b l e   fo r   r o t a t i n g   t h e   m o t o r   t o   m o ve   t h e   gr i ppe r   (e n d - e ffe c t o r ).   T h e   a r t i f i c i a l   i nt e l l i ge n c e   i s   n e c e s s a r y   t o   c r e a t e   r o bo t   m o t i o n   i n   pi c k i n a n p l a c i ng  t o m a t o .   T h e   de f i n e d   s m o o t hn e s s   i s   i n c l u di n c o nt r o l l i ng  t h e   f o r c e   a ppl i e t o   t h e   r o bo t   t o   e n s ur e   t h e   r o bo t   do   n o t   da m a ge   t o m a t o e s   a s   t h e   t a r ge t s   i n   t h i s   s t udy .   T a b l e   s h o w s   t h e   c o m pa r i s o n   b e t w e e n   F L r ul e s - b a s e i T a b l e   a n t h e   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   da t a .   If   t h e   a ngl e   of   t h e   m o t o r   g r i ppe r   i s   b e t w e e n   0 o - 25 o   i s   t h e   a ngl e ,   t h e n   t h e   r o b o t   i s   gr i pp i n t h e   t o m a t o .   If   t h e   a n g l e   o m o t o r   g r i ppe r   i s   b e t w e e n   25 o - 33 o   i s   t h e   a ngl e ,   t h e n   t h e   r o bo t   i s   s t a r t i n t o   m o ve   o r   i n i t i a l   m o t i o n .   If   t h e   a n g l e   of   t h e   m o t o r   gr i ppe r   i s   b e t w e e n   37 o - 60 o   is   t h e   a n gl e   t h e n   t h e   r o b o t   i s   i n   t h e   s t a n db y   p o s i t i o n .   60 i s   t h e   po s i t i o n   w h e n   t h e   g r i ppe r   i s   i n   f ul l   o pe n,   a n 0 i s   t h e   a n g l e   w h e n   t h e   g ri ppe r   i s   c o m pl e t e l y   c l os e d   In  s a m pl e   1 If   P r o xi m i t y   s e n s o r 1:   N e a r   A N D   P r o xi m i t y   s e n s o r 2 :   N e a r   A N D   M o t o r 1   a n g l e :   S m a l l   t h e G r i ppe r :   P i c ki n g   a nd  P l a c i n (S m a l l ) .   T h i s   c o n d i t i o n   i s   w h e r e   t h e   g ri ppe r   i s   20 o   o pe n   o r   i r u l e s - b a s e i s   S m a l l .   I n   s a m p l e   2 If   P r o xi m i t y   s e n s o r 1:   N e a r   A N D   P r o xi m i t y   s e n s o r 2:   F a r   A N D   M o t o r a n g l e :   M e di um   t h e n   G ri ppe r :   I n i t i a l   M o t i o (M e di u m ).   T hi s   c o n di t i o n   i s   w h e r e   t h e   g r i ppe i s   27 o   o pe n   o i n   rul e s - b a s e i s   M e di um .   I n   t h e   s a m pl e   3 If   P r o xi m i t y   s e n s o r 1:   M e di um   A N D   P r o xi m i t y   s e n s o r 2:   F a r   A N D   M o t o r a n g l e :   M e di um   t h e G r i ppe r :   I n i t i a l   M o t i o n   (M e di u m ) .   T hi s   c o n d i t i o n   i s   w h e r e   t h e   g ri ppe r   i s   33 o   o pe n   o i n   rul e s - b a s e i s   M e di um .   I n   s a m pl e   4 If   P r o xi m i t y   s e n s o r 1:   F a r   A N D   P r o xi m i t y   s e n s o r 2:   F a r   A N D   M o t o r a n g l e :   S m a l l   t h e n   G ri ppe r :   I ni t i a l   M o t i o n   (M e di u m ) .   T h i s   c o n di t i o n   i s   w h e r e   t h e   g r i p pe r   i s   60 o   o pe n   o r   i n   r u l e s - b a s e i s   M e di um .   T h e   i nput   o f   F L a n t h e   da t a   t a ke n   f r o m   e xpe r i m e n t   i n   T a b l e   s h o w   t h a t   t h e   g r i ppe a n gl e   ( 4 o r   o ut pu t   da t a   i s   f o l l ow i n t h e   r ul e s   s e t   i n   F L i n p ut   s h o w n   i n   T ab l e   2.   T h e   di f f e r e n c e   i s   i n   d a t a   n o   10  o f   T a b l e   6,   a nd  t hi s   c o n di t i o n   m i g h t   o c c ur   due   t o   t h e   s i z e   o f   t h e   t o m a t o .   F i g u r e   8   s h o w s   t h e   e x pe r i m e nt   of   pi c ki n g   a n pl a c i n g   t o m a t o e s ,   f r o m   t h e   t o m a t o e s   p o o l   t t h e   b e l t - c o n v e y o r   s h o w n   in   F i gu r e   2 .   F i gu r e   8 ( a )   s h o w s   t h e   r o b o t   i n   i ni t i a l   m o t i o n ;   w h e r e   i t   is   t a k i n t h e   g r e e n   t o m a t o e s ,   F i gu r e   8 ( b ) - ( e )   s h o w   t h e   p r o c e s s   of   pi c ki n g   a nd   pl a c i n g   t o m a t o e s ,   a nd   F i gu r e   8 ( f )   s h o w s   t h e   rob o t   in   t h e   s t a ndby   p o s i t i o n .   T h e   e xpe r i m e nt a l   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   pr o po s e m e t h o t de s i gn   a r m   r o bo t   m a n i pu l a t o r   i s   e ff e c t i v e   pr o ve n   by   t h e   s m a l l   e rr o r s   i n   po s i t i o n   a nd  o r i e n t a t i o n   o f   r ob o t   a c h i e v e d   by   s i m ul a t i o n   d e s i gn   a nd  r e a l   a p pl i c a t i o n .   T h e   de s i gn e r o bo t   i s   c os t - e ffe c t i ve   a n m o r e   a c c e s s i b l e   t o   a pp l y   by   a n y   f a r m e r .       T a b l e   6.   Co m p a r i s o n   b e t w e e n   t h e   i n pu t   F L C   a n d   t h e   e xpe ri m e nt   r e s ul t s   of   4   o   In p u t   Pr o x i m i t y   S e n s o r   1   In p u t   Pr o x i m i t y   S e n s o r   2   In p u t   Ru l e s   Ba s e d   E n d   E ffe c t o r   A n g l e   ( 4 )   in   o   1   D e t e c t e d   0 - 5   cm   S m a l l   20   o     25   o   ( S m a l l )   2   D e t e c t e d   0 - 5   cm   S m a l l   20   o     25   o   ( S m a l l )   3   D e t e c t e d   0 - 5   cm   S m a l l   20   o     25   o   ( S m a l l )   4   D e t e c t e d   6 - 10   cm   S m a l l   20   o     25   o   ( S m a l l )   5   D e t e c t e d   6 - 10   cm   M e d i u m   25 o     33 o   ( M e d i u m )   6   D e t e c t e d   6 - 10   cm   M e d i u m   25 o     33 o   ( M e d i u m )   7   D e t e c t e d   1 1 - 20   cm   M e d i u m   25 o     33 o   ( M e d i u m )   8   D e t e c t e d   11 - 20   cm   M e d i u m   25 o     33 o   ( M e d i u m )   9   D e t e c t e d   11 - 20   cm   M e d i u m   25 o     33 o   ( M e d i u m )   10   No   d e t e c t i o n   0 - 5   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   11   No   d e t e c t i o n   0 - 5   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   12   No   d e t e c t i o n   0 - 5   cm   Bi g   37 o     60 o   ( B ig )   13   No   d e t e c t i o n   6 - 10   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   14   No   d e t e c t i o n   6 - 10   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   15   No   d e t e c t i o n   6 - 10   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   16   No   d e t e c t i o n   11 - 20   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   17   No   d e t e c t i o n   11 - 20   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )   18   No   d e t e c t i o n   11 - 20   cm   Bi g   37 o     60 o   ( Bi g )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       Inv e r s e   k i n e m at i c   ana l y s i s   of   4   D O F   pi c k   and   pl ac e   ar m   r ob ot   m an i pu l a t or   us i ng   f uz z y     ( T r e s na  D e w i )   1385       (a )         (b )         (c )         (d)       (e )       (f )     F i gu r e   8 .   R o bo t   pi c ki n g   a n d   p l a c i n g   g r e e a nd  r e d   t o m a t o   f ro m   i n i t i a l   m o t i o n   a n d   s t a ndby (a )   I n i t i a l   m o t i o n (b P i c ki n a n d   pl a c i n g (c )   P i c ki n g   a nd  pl a c i ng ,   (d)   P i c ki ng  a n pl a c i n g (e P i c ki n g   a n d   p l a c i n g (f S t a ndby       4.   C O N C LU S I O N   T h e   di gi t a l   f a rm i ng  a pp l i c a t i o n   a l l o w s   e ff i c i e n t   a n e f f e c t i v e   h a r v e s t i n a s s i s t e by   a   r o bo t .   T h e   c urr e nt   t e c hn o l o g y   m a ke s   r o b o t   pr o duc t i o n   c o s t   c he a pe r ,   a nd  e a s i e r   f o r   t h e   f a rm e t o   a p pl y   i t .   Ro bo t   t ra j e c t o r y   ge n e r a t i o c a n   b e   a c h i e v e by   i n v e r s e   k i n e m a t i c s   a na l y s i s .   I n v e r s e   ki n e m a t i c s   a n a l y s i s   pr o duc e s   t h e   po s i t i o n   a nd  o r i e n t a t i o n   o f   a   r o bo t   a s   t h e   t r a j e c t o r y   r e f e r e n c e s .   T h e   e n d - e f fe c t o r   i n   t hi s   s t udy   i s   a   g r i ppe r   t ha t   s ui t a b l e   t o   gr a b   t h e   ha r v e s t e t o m a t o e s   (t a r ge t ) .   G r i ppe r   m o t i o n   i s   de s i g n e by   F L t o   i n c r e a s e   m o t i o n   s m o o t hn e s s   a n t h e   a m o unt   o f o r c e   a ppl i e t o   t he   t a r ge t   t o   a v o i e xc e s s i ve   p ow e r   i n   g ra b b i n g   t h e   t a r ge t .   T e n   e xpe ri m e n t s   w e r e   c o n duc t e t o   s h ow   t h e   e f fe c t i ve n e s s   o f   t h e   pr o po s e m e t h o d.   T h e   e xpe r i m e n t a l   r e s ul t s   s h o w   t h a t   t h e   a c t u a l   r o bo t   po s i t i o n   a c h i e v e f r o m   e xp e r i m e nt s   a r e   s i m i l a r   t o   t h e   r e f e r e n c e   i n pu t s   f r o m   i n v e r s e   ki n e m a t i c s   a na l y s i s .   T h e   p o s i t i o n   e rr o r s   a r e   0. 1%,   0 . 1% ,   a n 0 . 04 i n   x,   y ,   a n z - a x i s   r e s pe c t i v e l y ,   a n o r i e n t a t i o n   e rr o r s   a r e   0% ,   0 . 7%,   a n 0 . 3%   for   1 ,   2 ,   a n d   3   re s pe c t i v e l y .   T h e   e rr o r s   i n   r o b o t   po s i t i o n s   a n o r i e n t a t i o n s   o c c ur   due   t o   t h e   s e r v o   ge a r s   do   n o t   a l l o w   t h e   m o t o r   t o   r o t a t e   pr e c i s e l y ,   a n t h e   r o u n di ng  c a l c ul a t i o n   t ha t   u n a v o i da b l e   t o   t h e   l i m i t e m i c r o p r o c e s s o r   m e m o r y .   By   c o m pa r i ng  t h e   F L r ul e s   a nd  e xpe r i m e nt   d a t a ,   i t   s h o w s   t h a t   t h e   g r i ppe m o t i o n s   a l s o   fo l l ow   t h e   rul e s   f r o m   F L C.       R EF ER EN C ES   [ 1]   M .   S t o e l e n ,   K .   K r z y s z t of ,   V .   F .   T e j a d a ,   N .   H e i be r g ,   C .   B a l a g u e r ,   a nd  A .   K o r s a e t h ,   L o w - C o s t   R o bo t i c s   f o r   H o r t i c ul t ur e :   A   C a s e   S t u dy   o A ut o m a t e S ug a r   P e a   H a r v e s t i ng ,   10 t E ur o pe an  C on f e r e nc e   on  P r e c i s i o A gr i c u l t u r e   ( E C P A ) ,   2015 .   D O I :   10. 3920 / 97 8 - 90 - 8686 - 814 - 8   34 .   [ 2]   T .   T .   N g u y e n,   E .   K a y a c a n,   J .   D e   B a e d e m a e k e r ,   W .   S a e y s ,   T a s k   and  M o t i on  P l ann i n f or   A p pl e   H ar v e s t i n R obot ,   I F A C   P r oc e e di ngs   V o l um e s ,   V o l .   46 ,   I s s ue .   18,   pp .   247 - 252,   2013 .   h t t ps : / / do i . o r g / 10. 3182 / 20 1308 28 - 2 -   SF - 3019. 0006 3.   [ 3]   G .   W a ng ,   Y .   Y u ,   a n Q .   F e ng ,   D e s i g o f   E nd - E f f e c t o r   f o r   T o m a t o   R o bo t i c   H a r v e s t i ng ,   I F A C - P ape r s O nL i ne ,   V o .   49 ,   I s s ue   16 ,   pp .   190 - 193 ,   201 6.   h t t p s : / / do i . o r g / 10 . 1 016 / j . i f a c o l . 201 6. 10. 035   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.