Dexterous Task-priority Based Redundancy Resolution for Underwater-manipulator Systems

The problem of redundancy resolution for underwater remote vehicle-manipulator systems (URVM) is addressed in the current work. In URVM applications, it is beneficial to have the underwater remote vehicle (URV) hold station using its thrusters while a human pilot operates the serial manipulator. This provides a stable platform for the manipulator and eases the pilot’s job drastically when current and/or tether disturbances are present. However, when following this objective, the redundancy of the URVM as a whole is wasted; the four actively controlled motions of the URV are not used to improve the efficacy of the manipulator task. In fact, this standard operating procedure frequently puts the manipulator into near singular configurations. This is not desirable from the manipulator controller standpoint since near singular configurations result in undesirably high joint velocities and oscillations. In this work, a new heuristic approach based on the task-priority redundancy resolution scheme is applied to the URVM. The proposed approach provides a means to avoid singular configurations of the manipulator, and provides dexterous manipulation by using the URV’s mobility in an optimal, coordinated manner. This scheme is particularly useful for remote systems where an a priori trajectory generator is not applicable. Numerical case studies are developed to demonstrate the effectiveness of the proposed technique. RÉSUMÉ RÉSOLUTION REDONDANTE BASÉE SUR LA PRIORITÉ POUR LES SYSTÈMES DE MANIPULATEURS SOUS-MARINS POUR TÂCHES HABILES Le problème de la résolution redondante pour les systèmes de manipulateurs-véhicule sous-marin télécommandés (MVST) est résolu dans le travail présent. Dans les aplications des MVST, il est bénéfique que le véhicule sous-marin télé-commandé (VST) maintienne sa position avec ses propulseurs tandis qu'un pilote humain actionne le manipulateur sériel. Cela fourni une plate-forme stable pour le manipulateur et facilite radicalement la tâche du pilote en présence de dérangements dus au courrant et/ou au cordon ombilical. Cependant, en poursuivant cet objectif, la redondance du MVST est gâchée: les quatres déplacements activement controllés par le VST ne sont pas utilisés pour augmenter l'efficacité de la tâche manipulateur. En fait, cette procédure habituelle d'opération place fréquement le manipulateur en configurations quasi-singulières. Cela n'est pas souhaitable du point de vue du controleur du manipulateur car lorsque le système est proche d'une configuration singulière, des vitesses de jointure élevées et des oscillations involontaires se produisent. Dans ce travail, une nouvelle approche heuristique basée sur le schéma de résolution redondante des priorités de tâche est appliquée au MVST affin de concilier différents objectifs avec les degrés de liberté collectifs du MVST. La méthode permet d'augmenter la dextérité de la composante manipulateur du MVST, en utilisant les déplacements du VST pour améliorer le positionnement du manipulateur, tout en maitenant les déplacements du VST à un minimum. Des études de cas numériques sont développées pour présenter l'efficacité de la technique proposée.