Registration Number
0826U001191, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
11-06-2026
popup.evolution
.
Title
Methods for Collision-Free Path Planning for a Redundant Multi-Joint Articulated Manipulator
Author
Andrii Y. Medvid,
popup.head Vitaliy S. Yakovyna
popup.opponent Oleh S. Savenko
popup.opponent Herman V. Fesenko
popup.review Roman V. Kochan
popup.review Lesia I. Hentosh
popup.rada
Lviv Polytechnic National University
Description
Медвідь А. Я. Методи планування шляху без колізій для надлишкового багатосуглобового шарнірного маніпулятора. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 122 – Комп’ютерні науки. – Національний університет «Львівська політехніка» МОН України, Львів, 2026.
Зміст анотації. Дисертаційну роботу присвячено розв’язанню науково-прикладної задачі підвищення ефективності планування шляху без колізій для надлишкових багатосуглобових роботизованих маніпуляторів у тривимірних середовищах. Під ефективністю в роботі розуміється сукупність показників, серед яких основними є час планування траєкторії, частота успішного знаходження безколізійного шляху, а також довжина отриманого шляху. Актуальність дослідження зумовлена широким застосуванням роботизованих маніпуляторів у промислових і сервісних сценаріях, які характеризуються високою розмірністю конфігураційного простору, складною геометрією робочого середовища та жорсткими обмеженнями на час обчислень.
У роботі показано, що для надлишкових маніпуляторів із кількістю ступенів вільності, більшою за мінімально необхідну для керування положенням і орієнтацією робочого інструменту, класичні методи планування шляху стикаються з істотними обмеженнями, пов’язаними зі зростанням простору пошуку та високою обчислювальною вартістю перевірки колізій. Основну увагу в дисертації зосереджено на методах планування в просторі кутів суглобів із використанням вибіркових і евристичних підходів, а також на зменшенні кількості дорогих геометрично точних перевірок колізій.
Розроблено метод планування шляху на основі рекурсивного введення випадково згенерованих проміжних станів, який дозволяє будувати безколізійні траєкторії без побудови глобальних графових або деревоподібних структур у багатовимірному конфігураційному просторі. Метод базується на ітеративній декомпозиції задачі планування на підзадачі меншої складності та використовує евристичну оцінку допустимості дискретизованих сегментів траєкторії. Розроблений метод орієнтований на практичне застосування в умовах обмеженого часу обчислень і не передбачає гарантій повноти чи оптимальності, що є характерним для багатьох стохастичних алгоритмів планування.
У роботі удосконалено методи прискорення оптимізації траєкторій шляхом повторного використання інформації про колізії, накопиченої на етапі планування шляху. Показано, що інтеграція відомостей про раніше виявлені зіткнення в процедури перевірки сегментів траєкторії дозволяє суттєво зменшити кількість повторних перевірок на колізії зі збереженням безпечності оптимізованих траєкторій. Запропоновано евристики, що враховують кількісні характеристики колізій, зокрема глибину проникнення, для спрямування пошуку та реалізації адаптивної стратегії раннього виходу в методі рекурсивних випадкових проміжних станів.
Окрему увагу приділено задачі попереднього прогнозування колізійних характеристик конфігурацій маніпулятора. Розроблено метод, заснований на використанні нейронних мереж Колмогорова–Арнольда, для прогнозування самоколізій роботизованої системи, а також метод поланкового прогнозування глибини проникнення у робочих середовищах з урахуванням локального геометричного контексту. Такі моделі розглядаються як наближені фільтри станів, що дозволяють зменшити кількість фізично точних перевірок колізій у алгоритмах планування заснованих на вибірці.
У дисертації також розглянуто суміжну задачу оцінювання якості конфігурацій маніпулятора з точки зору їх придатності до подальшого керування робочим інструментом. Запропоновано задач-орієнтований показник маніпульованості, який кількісно характеризує здатність надлишкового маніпулятора підтримувати рух у наперед визначених примітивних напрямках з урахуванням кінематичних і колізійних обмежень.
Ефективність розроблених методів підтверджено результатами обчислювальних експериментів у симульованих тривимірних середовищах, а також впровадженням методів у практичних робототехнічних застосуваннях. Отримані результати можуть бути використані в системах керування роботизованими маніпуляторами для підвищення швидкодії, надійності та передбачуваності планування шляху в умовах реального середовища.
Registration Date
2026-04-25
popup.nrat_date
2026-04-25 / 2026-07-02
