+ All Categories
Home > Documents > Smooth jerk-bounded optimal path planning of tricycle wheeled mobile manipulators in the presence of...

Smooth jerk-bounded optimal path planning of tricycle wheeled mobile manipulators in the presence of...

Date post: 07-Feb-2023
Category:
Upload: curtin
View: 0 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
11
International Journal of Advanced Robotic Systems, www.intechweb.org Vol. 8, No. 1 (2011) ISSN 1729-8806, pp 10-20 www.intechopen.com Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control Moharam Habibnejad Korayem 1 , Hamed Rahimi Nohooji 1, 2 and Amin Nikoobin 3 1 Robotic Research Lab, College of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran 2 Islamic Azad University, Damavand Branch, Damavand, Iran 3 Department of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran Abstract Finding optimal trajectory is critical in several applications of robot manipulators. This paper is applied the openloop optimal control approach for generating the optimal trajectory of the flexible mobile manipulators in pointtopoint motion. This method is based on the Pontryaginʹs minimum principle that by providing a twopoint boundary value problem is solved the problem. This problem is known to be complex in particular when combined motion of the base and manipulator, nonholonomic constraint of the base and highly nonlinear and complicated dynamic equations as a result of flexible nature of links are taken into account. The study emphasizes on modeling of the complete optimal control problem by remaining all nonlinear state and costate variables as well as control constraints. In this method, designer can compromise between different objectives by considering the proper penalty matrices and it yields to choose the proper trajectory among the various paths. The effectiveness and capability of the proposed approach are demonstrated through simulation studies. Finally, to verify the proposed method, the simulation results obtained from the model are compared with the results of those available in the literature. Keywords Elastic mobile robotic arms, Optimal motion planning, Pontryaginʹs minimum principle. 1. Introduction Mobile manipulators due to their extended workspace offer an efficient application for wide areas. However, these systems are usually ʺpower on boardʺ with limited capacity. Hence, using light links can minimize the inertia and gravity effects on actuators. This helps the mobile manipulator to work in energy efficient manner and pilots us to use of flexible manipulators. The platform path planning was investigated for a given endeffector path with assuming that the robot is redundant (Chen M.W. & Zalzala A.M.S., 1997). Then, the robot configuration was determined by minimizing the overall actuation torque and maximizing the manipulability criterion. By employing an appropriate mapping, Papadopoulos et al. transformed the three differentials of the nonholonomic constraint into two differentials and designed the path via polynomial functions (Papadopoulos E. G. & Poulakakis J., 2001). Tanner by implementing a potential field technique using pointworld topology proposed a methodology to motion planning for multiple mobile manipulators cooperation that is applicable to articulated, non point nonholonomic robots with guaranteed convergence properties (Tanner H.G., 2003). Sun et al. discussed the load distribution and joint trajectory planning of two robots with one flexible link (Sun Q., 1999). The control of twolink flexible manipulators was studied on the basis of quasistatic
Transcript

 

 

International Journal of Advanced Robotic Systems, www.intechweb.org Vol. 8, No. 1 (2011) ISSN 1729-8806, pp 10-20 www.intechopen.com

Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control

 

Moharam Habibnejad Korayem1, Hamed Rahimi Nohooji1, 2 and Amin Nikoobin3

1 Robotic Research Lab, College of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran 2 Islamic Azad University, Damavand Branch, Damavand, Iran 3 Department of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

 Abstract  Finding  optimal  trajectory  is  critical  in  several 

applications of robot manipulators. This paper is applied 

the  open‐loop  optimal  control  approach  for  generating 

the optimal trajectory of the flexible mobile manipulators 

in  point‐to‐point motion.  This method  is  based  on  the 

Pontryaginʹs minimum principle that by providing a two‐

point  boundary  value  problem  is  solved  the  problem. 

This problem is known to be complex in particular when 

combined  motion  of  the  base  and  manipulator,  non‐

holonomic  constraint  of  the  base  and  highly  non‐linear 

and complicated dynamic equations as a result of flexible 

nature  of  links  are  taken  into  account.  The  study 

emphasizes on modeling of the complete optimal control 

problem  by  remaining  all  nonlinear  state  and  costate 

variables  as well  as  control  constraints.  In  this method, 

designer can compromise between different objectives by 

considering  the proper penalty matrices and  it yields  to 

choose  the  proper  trajectory  among  the  various  paths. 

The  effectiveness  and  capability  of  the  proposed 

approach  are  demonstrated  through  simulation  studies. 

Finally,  to  verify  the  proposed method,  the  simulation 

results obtained  from  the model  are  compared with  the 

results of those available in the literature.  

Keywords  Elastic mobile  robotic  arms, Optimal motion 

planning, Pontryaginʹs minimum principle. 

  

1. Introduction 

 

Mobile  manipulators due  to  their extended  workspace 

offer  an  efficient application  for  wide  areas.  However, 

these systems are usually ʺpower on boardʺ with  limited 

capacity. Hence, using light links can minimize the inertia 

and  gravity  effects  on  actuators.  This  helps  the mobile 

manipulator  to work  in  energy  ‐  efficient manner  and 

pilots us to use of flexible manipulators.  The platform path planning was investigated for a given 

end‐effector  path  with  assuming  that  the  robot  is 

redundant (Chen M.W. & Zalzala A.M.S., 1997). Then, the 

robot  configuration was  determined  by minimizing  the 

overall  actuation  torque  and  maximizing  the 

manipulability  criterion.  By  employing  an  appropriate 

mapping,  Papadopoulos  et  al.  transformed  the  three 

differentials  of  the  nonholonomic  constraint  into  two 

differentials  and  designed  the  path  via  polynomial 

functions  (Papadopoulos  E.  G.  &  Poulakakis  J.,  2001). 

Tanner by implementing a potential field technique using 

point‐world topology proposed a methodology to motion 

planning  for multiple mobile manipulators  cooperation 

that is applicable to articulated, non point nonholonomic 

robots with  guaranteed  convergence  properties  (Tanner 

H.G., 2003). Sun et al. discussed the load distribution and 

joint  trajectory planning of  two  robots with one  flexible 

link  (Sun  Q.,  1999).  The  control  of  two‐link  flexible 

manipulators  was  studied  on  the  basis  of  quasi‐static 

11 International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 8, No. 1 (2011)

equation  (Matsuno  F.  &  Hatayama M.,  1999).  Subudhi 

and Morris presented a dynamic modeling technique for 

a manipulator  with multiple  flexible  links  and  flexible 

joints based on a  combined Euler–Lagrange  formulation 

and assumed modes method. Then, they controlled such 

system by formulating a singularly perturbed model and 

used  it  to design a  reduced‐order controller  (Subudhi B. 

&  Morris  A.S.,  2002).  Path  planning  of  a  flexible 

manipulator was formulated as a discrete‐time open‐loop 

optimal control problem which its solution was done via 

discrete dynamic programming (Wilson D.G. et al., 2004). 

The assumed mode expansion method was used to derive 

the dynamic equation of  fixed base  flexible manipulator 

(Green A. & Sasiadek J.Z., 2004). 

In  above‐mentioned  works,  only  base  mobility  or  link 

flexibility has been  considered,  and  the  synthesis of  the 

mobile  base  with  flexible  links  has  not  been  studied. 

However,  as  explained  before,  the  flexible  links 

manipulator mounted on the mobile platform can exhibit 

many  advantages.  Such  systems  require  less  material, 

consume  less  power,  require  smaller  motors  and  they 

reduce  the  torque capacity; hence,  they can  improve  the 

efficiency  of  the  system  noticeably.  The  maximum 

payload of  flexible mobile manipulator was determined 

along the given trajectory using finite element approach. 

So,  the  study did not  consider  finding  the optimal path 

(Korayem M.H. et al., 2008). A  computational algorithm 

was  presented  to  determine  the maximum  payload.  In 

this  study,  linearizing  the  dynamic  equations  and 

constraints  are  done  on  the  basis  of  Iterative  Linear 

Programming  (ILP)  approach  for  flexible  mobile 

manipulators  (Korayem M.H. & Ghariblu H., 2004). But, 

in ILP method, final boundary conditions are not satisfied 

exactly  and  obtained  results  have  a  significant  error  in 

final time, so the end effector can not place in the desired 

target point. Furthermore, in this method, the linearizing 

procedure and  its convergence to the proper answer  is a 

challenging  issue,  especially  when  nonlinear  terms  are 

large and fluctuating, e.g. in problems with consideration 

of  flexibility  in  links or having high‐speed motion. As a 

result, in the previous ILP based works, the link flexibility 

has not been considered either  in the dynamic equations 

or in the simulation procedure. 

Optimal control can be used in both open loop and close‐

loop strategies. However, because of the off‐line nature of 

the  open  loop  optimal  control  in  spite of  the  close‐loop 

ones, many difficulties such as system nonlinearities and 

all  types  of  constraints  may  be  catered  for  and 

implemented  easily,  so  it  generally  used  in  analyzing 

nonlinear  systems  such  as  trajectory  optimization  of 

different types of robots (Mohri et al., 2001; Furuno S. et 

al.,  2003;  Sentinella  M.  R.  &  Casalino  L.,  2006).  This 

method  is  solved  by  direct  and  indirect  approaches. 

However,  since direct method  leads  to  the  approximate 

solution also  this approach  is  time consuming and quite 

ineffective due to the large number of parameters involved 

(Wilson D.G. et al., 2004; Hull D.G., 1997; Park K. J., 2004), 

indirect methods  is a good candidate  for  the cases where 

the  system has  a  large number of degrees of  freedom or 

optimization of the various objectives is targeted (Kirk DE., 

1970; Bessonnet G. & Chessé S., 2005; Bertolazzi E. et al., 

2005; Callies R. & Rentrop P., 2008). This method  is often 

applied to the generation of highly accurate trajectories and 

in  combination  with  the  structural  analysis  of  optimal 

control problems in robotics. 

Korayem  et  al.  used  indirect  solution  of  open‐loop 

optimal  control  approach  to  find  the  maximum  load 

carrying capacity of a rigid link mobile manipulators for a 

given two‐end‐point task (Korayem M.H. et al., 2009). In 

spite of the previous studies based on ILP approach, they 

satisfied  boundary  conditions  exactly  and  solved  the 

optimization problem explicitly. Also, the complete form 

of  the  obtained  nonlinear  equation  was  used  in  their 

study  and  unlike  the  previous  studies  linearizing  the 

equations was not required. However, they have studied 

the rigid‐link manipulator and  they have not considered 

the flexibility of links.  

In  the  presenting  paper,  with  applying  an  indirect 

solution  of  optimal  control  problem,  path  planning  of 

flexible  mobile  manipulator  is  studied  based  on 

Pontryaginʹs minimum principle. The paper  firstly deals 

with  the  modeling  of  the  general  flexible  mobile 

manipulators.  Although  path  planning  of  flexible 

manipulators  is much more  complicated  task  than  the 

rigid  ones,  the  method  handles  highly  non‐linear  and 

complicated  dynamics  of  the  system.  After  that, 

nonholonomic  constraints  are  defined  and  dynamic 

equations are obtained in the state space form. Then, the 

optimal  control  problem  that  with  employing  of 

Pontryaginʹs minimum principle  supports  the  execution 

of  the  optimization  solution  of model  is  expressed.  In 

comparison  with  other  method  the  open‐loop  optimal 

control  method  does  not  require  linearizing  the 

equations, differentiating with respect to joint parameters 

and  using  of  a  fixed‐order  polynomial  as  the  solution 

form.  Moreover,  via  changing  the  penalty  matrices 

values,  various  optimal  trajectories  with  different 

specifications can be obtained which able the designer to 

select  a  suitable  path  through  a  set  of  obtained  paths. 

Then,  an  application  example  with  two‐link  mobile 

manipulator  with  flexible  links  is  presented  and 

discussed to demonstrate the effective performance of the 

proposed  approach.  Also,  in  order  to  validate  the 

method, simulations are performed  for  the high‐stiffness 

flexible  link  manipulator  and  compared  with  the 

equivalent  rigid  links  done  in  0(Korayem  M.H.  et  al., 

2009). The comparison shows a good agreement between 

the  results  of  this  study  and  those  reported  in  the 

literature.  Lastly,  the  paper  is  concluded  with 

highlighting  the  feature  properties  of  the  proposed 

model. 

 

Moharam Habibnejad Korayem, Hamed Rahimi Nohooji and Amin Nikoobin: Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control 12

2. Modeling of a general mobile manipulator  

with multiple flexible links 

 

In  order  to  path  planning  of  a  flexible  mobile 

manipulator, a suitable dynamic modeling of  the system 

is needed. Thus, concepts such as base mobility and  link 

flexibility  must  be  explained  exactly.  The  generalized 

coordinates of  the  flexible mobile manipulator consist of 

three  parts,  the  generalized  coordinates  defining  the 

mobile  base  motion  Tbnbbb )q,,q,q(qb

21= ,  the 

generalized coordinates of the rigid body motion of links T

kr )q,,q,q(q

21= and  the  generalized  coordinates  that 

related  to  link  flexibility T

knknnf )q,,q,,q,,q,q,,q,q(qfff

122111211= ,  where 

bn   and  fn   are  base degree  of  freedom  and number  of 

manipulator  mode  shapes,  respectively.  In  the  mobile 

manipulators, the concept of redundancy expresses when 

the  number  of  the  overall  rigid  system  degrees  of 

freedom  ( bm nnn += )  is  strictly  greater  than  the  end 

effector degree of freedom in Cartesian space (m). Where, 

mn  is stood for the rigid manipulator degree of freedom. 

Thus,  the mechanical  system  is  redundant  if  mn > and 

the order of redundancy is  mnr . There are different 

techniques, which  can be applied  to a  robotic  system  to 

solve  the  redundancy  resolution.  Some  of  these 

techniques are based on an optimization criterion such as 

overall  torque minimization, minimum  joint motion and 

so  on. Hence,  Seraji  has  used  r  additional  user‐defined 

kinematic constraint equations as a function of the motion 

variables  (Seraji H., 1998). This method results  in simple 

and  online  coordination  of  the  control  of  a  mobile 

manipulator during motion. The presenting study follows 

this method. Hence,  some  additional  suitable  kinematic 

constraint equations to the system dynamics are applied. 

Results  are  in  simple  and  on‐line  coordination  of  the 

mobile manipulator during the motion. These constraints 

undertake  the  robot  movement  only  in  the  direction 

normal  to  the  axis  of  the  driving  wheels  along  with 

previously specification of  the base  trajectory during  the 

motion. 

The  robotic  systems  with  flexible  links  are  continuous 

dynamical systems characterized by an infinite number of 

degrees  of  freedom  and  are  governed  by  nonlinear 

coupled, ordinary and partial differential equations. The 

exact  solution of  such  systems  is not  feasible practically 

and  the  infinite  dimensional  model  imposes  severe 

constraints on the design of controllers as well. However, 

they  are  discretized  using  assumed  modes,  finite 

elements or lumped parameter methods. 

In  the  lumped  parameter model, which  is  the  simplest 

one  for analysis purpose,  the manipulator  is modeled as 

spring  and  mass  system,  which  does  often  not  yield 

sufficiently accurate results (Zhu G. et al. 1999; Kim J.S. & 

Uchiyama  M.,  2003).  Many  authors  used  the  finite 

element  method  where  the  elastic  deformations  are 

analyzed  by  assuming  a  known  rigid  body motion  and 

later  superposing  the  elastic deformation with  the  rigid 

body motion 0(Korayem M.H. et al., 2008). However,  in 

order to solve a large set of differential equations derived 

by  the  finite  element  method,  a  lot  of  boundary 

conditions  have  to  be  considered,  which  are,  in  most 

situations, uncertain  for  flexible manipulators  (Yue S. et 

al., 2001).  In assumed mode model  formulation,  the  link 

flexibility  is  usually  represented  by  a  truncated  finite 

modal series in terms of spatial mode eigen functions and 

time‐varying mode amplitudes. Hence, using this modes 

of  vibration  to  model  robot  dynamics  establish  an 

appropriate  interaction  between  flexural  vibrations  and 

nonlinear  dynamics  of  system.  The  assumed  mode 

method  and  the  finite  element  method  use  either  the 

Lagrangian  formulation  or  the Newton–Euler  recursive 

formulation  to  model  the  problem.  In  the  presenting 

research,  all  the  flexible  links  are  assumed  Euler–

Bernoulli beams, so the shearing and rotary inertia effects 

are neglected.  In addition, assumed modes method with 

the  generalized  Euler–Lagrange  formulation  is  used  to 

derive the dynamic equations of flexible manipulators. 

For a general k‐link flexible robot, the vibration  )t,x(v ii of 

each  link  can  be  obtained  through  truncated  modal 

expansion, under the planar small deflection assumption 

of the link as 

k.,..,i)t(e)x(φ)t,x(vik

jijiijii 1==

1=

∑ ,  (1) 

where  ik   is  the  number  of modes used  to describe  the 

deflection of  link  i;  )x(φ iij   and  )t(eij   are  the  thj  mode 

shape  function  and  thj  modal displacement  for  the  thi  

link, respectively. 

Hence, applying the Lagrangian assumed modes method 

the  dynamic  equation  of  flexible  mobile  manipulator 

could be obtained as: 

.

),,(

),,(

),,(

),,,,,(

),,,,,(

),,,,,(

f

r

b

frbf

frbr

frbb

frbfrbf

frbfrbr

frbfrbb

f

r

b

fffrfb

rfrrrb

bfbrbb

U

U

U

qqqG

qqqG

qqqG

qqqqqqC

qqqqqqC

qqqqqqC

q

q

q

MMM

MMM

MMM

  (2) 

By defining  TTf

Tr

Tb )q,q,q(q =

as the vector of generalized 

coordinate  of  the  system,  Eq.  (2)  can  be  written  in 

compact form as 

( ) ,U)q(G)q,q(CqqM =++   (3) 

where M  is  the  Inertia matrix, C  is  the vector of Coriolis 

and centrifugal forces, G describes the gravity effects and 

U is the generalized force inserted into the actuator. 

 

13 International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 8, No. 1 (2011)

3. State‐space form of dynamic equation 

 

Consider  an  n  DOFs  rigid  mobile  manipulator  with 

generalized  coordinates  n,...,,i,qq i 21   and  a 

task described by m  task  coordinates  m,...,,j,rj 21  

with m  <  n. By  applying  h  holonomic  constraints  and  c 

non‐holonomic  constraints  to  the  system,  chr +=  

redundant  DOFs  of  the  system  can  be  directly 

determined. Therefore, m DOFs of the system is remained 

to  accomplish  the  desired  task.  As  a  result,  we  can 

decomposed  the  generalized  coordinate  vector  as 

Tnrr qqq ,  where  rq   is  the  redundant  generalized 

coordinate  vector  determined  by  applying  constraints 

and  nrq   is  the  non‐redundant  generalized  coordinate 

vector. Also,  considering  the  flexible  link manipulators 

instead  of  the  rigid  ones,  their  related  generalized 

coordinates,  fq , are  added  to  the  system;  therefore,  the 

overall  decomposed  generalized  coordinate  vector  of 

system  obtain  as  Tnrfr qqq   ,  where  nrfq   is  the 

combination vector of  nrq  and  fq . 

 In  this  case,  the  system  dynamics  can  also  be 

decomposed  into  two  parts:  one  is  corresponding  to 

redundant  set  of  variables,  rq   and  the  remained 

nonholonomic set,  nrfq . That is, 

nrf

r

nrfnrf

rr

nrf

r

nrf,nrfnrf,r

nrf,rr,r

U

U

GC

GC

q

q

MM

MM

,  (4) 

where  by  considering  the  second  row  in  order  to  path 

optimization procedure leads to  

BqAU nrfnrf += .  (5) 

Using  redundancy  resolution  rq  will  be  obtained  as  a 

known  vector  in  terms  of  the  time  (t).  Therefore  A  is 

obtained  as  a  function  of  time  and  nrfq   and  B  as  a 

function of time,  rq  and  nrfq . 

By defining the state vector as 

TnrfnrfT qqXXX 21 ,  (6) 

Eq. (5) can be rewritten in state space form as 

2

12

2

1

F

F

UXDXN

X

X

XX

)()( ,  (7) 

where  1= MD  and  ))X(G)X,X(C(MN 1211 += . Then, 

optimal  control problem  is determined  the position and 

velocity variable X1(t) and X2(t), and the joint torque U (t) 

which  optimize  a  well‐defined  performance  measure 

when the model is given in Eq. (7).  

 

 

 

 

4. Formulation of the optimal control problem 

 

Pontryaginʹs  minimum  principle  provides  an  excellent 

tool  to  calculate  optimal  trajectories  by  deriving  a  two‐

point  boundary  value  problem.  Let  the  trajectory 

generation problem be defined as determining a  feasible 

specification  of  motion,  which  will  cause  the  robot  to 

move from a given initial state to a given final state. The 

method  presented  in  this  article  adapts  in  a 

straightforward  manner  to  the  generation  of  such 

dynamic profiles.  

There are known  that nonlinear system dynamics stated 

as Eq. (7) be expressed  in the term of states (X), controls 

(U) and time (t) as 

)t,U,X(fX =   (8) 

Generating  optimal  movements  can  be  achieved  by 

minimizing  a  variety  of  quantities  involving directly  or 

not some dynamic capacities of the mechanical system. A 

functional is considered as the integral 

∫ft

t

dttUXLuJ0

),,()(   (9) 

where  the  function  L may  be  specified  in  quite  varied 

manners. There are initial and terminal constraints on the 

states: 

ff XtXXtX )()( 00   (10) 

There  may  also  be  certain  pragmatic  constraints 

(reflecting  such  concerns  as  limited  actuator  power)  on 

the inputs. For example: 

)()( max tUtU   (11) 

According to the minimum principle of Pontryagin (Kirk 

D.E., 1970), minimization of performance criterion at Eq. 

(9), is achieved by minimizing the Hamiltonian (H) which 

is defined as follow: 

),,(),,,(),,,,( tUXfΨtmUXLtmΨUXH Tpp   (12) 

where  TTT tψtψtΨ )()()( 21 is  the  non‐zero  costate 

time vector‐function. 

Finally,  according  to  the  aforementioned  principle, 

stating the costate vector‐equation  

XHΨ T ,  (13) 

in  addition  to  the  minimality  condition  for  the 

Hamiltonian as 

0 UH   (14) 

ΨHX ,  (15) 

leads  to  transform  the problem of optimal control  into a 

non‐linear multi‐point boundary value problem. 

Consequently, for a specified payload value, substituting 

obtained computed control equations  from Eqs.  (14) and 

Eq. (11) into Eqs. (13) and (15), leads to sixteen nonlinear 

ordinary  differential  equations  which  with  sixteen 

Moharam Habibnejad Korayem, Hamed Rahimi Nohooji and Amin Nikoobin: Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control 14

boundary conditions given  in Eq.  (10), constructs a Two 

Point Boundary Value Problem (TPBVP). Such a problem 

is solvable with available commands in different software 

such as MATLAB and MATEMATHICA. 

 

5. Implementation 

 

In  this  section,  implementation  is  performed  for  the 

flexible mobile manipulator consists of a two flexible link 

manipulator  attached  at  point  ),( ff yxF   on  the main 

axis of a differentially driven vehicle as shown  in Figure 

1. A concentrated payload of mass  pm  is connected to the 

second link. 

 

1

θ0

Base Path

X0

Y0

1r

2r )y,x(G bb

)y,x(F ff

)y,x(E ee

pm

0L

2v

1v

End Effector Trajectory

2

 

Figure 1. Two‐link mobile manipulator with flexible links 

 

In  order  to  define  the  mobile  manipulator  with  two 

flexible  links  the  mechanical  system  generalized 

coordinates  can  be  chosen  as 

][][ 2111210 eeθθθyxqqqq fffrb , 

where  ][ 0θyxq ffb   is  the  base  generalized 

coordinates  vector,  ][ 21 θθqr   is  the  joint  angles 

vector  and  ][ 2111 eeq f   is  the  vector  of  link modal 

displacements. Here,  one mode  shape  per  each  link  is 

considered  to  show  the  simplified model  of  the  system 

with sensible accuracy. By defining  br ,  1r  ,  2r  and  mpr  as 

the position vectors of the base, first link, second link and 

payload respectively, according to Fig. 1, the expressions 

of these vectors can be expressed as:  

where  iLv   is  the  vibration  of  the  end  of  each  link, 

1010 θθθ  and  210210 θθθθ .  ),( txv ii  and  )( tviL  

can be expressed as follows: 

teφvteφv

texφvtexφv

LLLL 2121211111

212212111111

,

,.  (17) 

where with considering the simply support mode shape, 

ijφ and  ijLφ can be computed as: 

i

iiij

L

xπjxφ sin)(  

121 jandiπjφijL ,sin  

(18) 

where i and j refer to the number of link and mode shape 

respectively. 

Now,  using  combined  Euler–Lagrange  formulation  and 

assumed  modes  method,  the  set  of  system  dynamic 

equations is derived as follows: 

0

02

1

0

7

6

5

4

3

2

1

21

11

2

1

0

77

6766

575655

47464544

3736353433

272625242322

17161514131211

τ

τ

T

F

F

c

c

c

c

c

c

c

e

e

θ

θ

θ

y

x

m

mmSym

mmm

mmmm

mmmmm

mmmmmm

mmmmmmm

y

x

f

f

.

  (19) 

where because of the motion  is  in the horizontal plane, the 

gravity effects,  ),,( frb GGGG  will not taking into account. 

The  position  of  the  end  effector  in  the world  reference 

frame RFw can be specified with  ex  and  ey  as shown  in 

Figure  1.  Therefore  operational  coordinated  of  the  end 

effector can be chosen as  ),( ee yxE  and the end effector 

degrees  of  freedom  in  the  Cartesian  coordinate  system 

will be m = 2. The rigid system degree of freedom is equal 

to  n  =  5,  hence  the  system  has  redundancy  of  order 

3 mnr .  Thus,  this  system  needs  three  additional 

kinematical  constraints  for  resolving  the  redundancy 

problem  and  guarantees  soft  and  well‐organized 

movement. There is one nonholonomic constraint for the 

mobile base that undertakes the robot movement only in 

the direction normal to the axis of the driving wheels: 

00000 θLθyθx ff )cos()sin( .  (20) 

Hence, the number of kinematical constraints which must 

be  applied  to  system  for  redundancy  resolution  is 

decreases  to  two  constraints.  In  this  case,  with  the 

previously specification of  the base  trajectory during  the 

motion,  the  user‐specified  additional  constraints  can  be 

considered.  The  base  position  coordinates  at  point 

),,( ff yxF  gives  zf Xx 1  and  zf Xy 2 . Where,  zX1  and 

zX2  are functions in terms of time. Now, by considering 

fifth  order  polynomial  function  for  the  base  trajectory 

along  a  straight‐line  path  from  ( )( 0fx , )( 0fy )  to 

)θcos(v)θsin(L)θcos(v)θsin(Ly

)θsin(v‐)θcos(L)θsin(v‐)θcos(Lx

r

)θcos(v)θsin(x)θcos(v)θsin(Ly

)θsin(v‐)θcos(x)θsin(v‐)θcos(Lx

r

)θcos(v)θsin(xy

)θsin(v‐)θcos(xxr

)θsin(Ly

)θcos(Lxr

2102L210101L101f

2102L210101L101f

mp

21022102101L101f

21022102101L101f

2

101101f

101101f1

00f

0fb

2

2

0

(16) 

15 International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 8, No. 1 (2011)

( )( ff tx ,  )( ff ty )  during  the  overall  time  ft   the 

redundancy  solution  of  the  system  can  be  complete. 

Velocity at  start and  stop  time  is  considered  to be zero. 

According  to  the  base motion,  fx   and  fy   are  known, 

therefore  if  the  base  angle  at  initial  time  )( 00θ   be 

specified,  angular  position  and  angular  velocity  of  the 

base ))(),(( tθtθ 00 ,  can  be  determined  by  solving  non‐

holonomic constraint equations. Note that, the initial base 

angle is considered to be zero,  )( 00θ =0.  

Now,  after  resolving  the  redundancy of  the  system  and 

remaining  the  non‐redundant  set  of  dynamic  equations 

(Eq. (5)), by defining the state vectors as 

.

,TT

TT

xxxxQX

xxxxQX

86422

75311

  (21) 

The  state  space  form  of  the  dynamic  equations  of  the 

system can be written as 

4122212 ...;)(, iifxxx iii ,  (22) 

where  )( if2   can  be  obtained  from  Eq.  (7).  These 

equations must be  completed with boundary  conditions 

that consist in the specified initial and final states as 

)( 01x =1.554 rad ,   )( 03x =1.998 rad ;  

       )( ftx1 = ‐ 0.858 ,    )( ftx3 = 1.09.  (23) 

Other  boundary  conditions  are  assumed  to  be  zero 

0(Korayem M.H.  et  al.,  2009).  A  performance  index  is 

expressed  as  some  functional  evaluated  over  the 

trajectory.  In  the  presenting  paper,  the  desired  path  is 

optimally designed so that the required movement can be 

achieved while minimum effort is obtained and velocities 

are  bounded  at  proper magnitude. Hence,  the  objective 

function is considered as: 

4

1i

22ii

222

211 xwur+ur

2

1=L .  (24) 

The main  advantage  of  this  cost  functional  is  that  the 

designer can decide on the relative importance among the 

objective  function.  For  example,  in  objective  function 

explained  in  Eq.(24),  between  the  angular  velocity  and 

control effort. In this case, by the numerical choice of  iw  

and  ir  the desire movement can be achieved. This, results 

to  choose  the  most  appropriate  path  among  various 

optimal paths that satisfy the designing requirements. 

Now,  by  considering  the  costate  vector  as 

821 ψψψΨ ... , the Hamiltonian function is formed as 

8

1iii

4

1i

22ii

222

211 xψxwτr+τr

2

1H ,  (25) 

where  81 ,..,., ixi  can be substituted from Eq. (22). Using 

Eq.  (13),  differentiating  the  Hamiltonian  function  with 

respect to the states, result in costate equations as follows: 

81 ,,,

ix

ii   (26) 

The  control  function  in  the  admissible  interval  can  be 

computed  according  to  Eq.  (14),  by  differentiating  the 

Hamiltonian function with respect to the torques  ),( 21 ττ  

and  setting  the  derivative  equal  to  zero.  The  actuators 

that are used in this study are the permanent magnet D.C. 

motor with the final bound of control as 

1222212222

1111111111

xSτuxSτu

xSτuxSτu

;

;  (27) 

where  miii ωτS / .  iτ  and  miω  are the stall torque and 

maximum no‐load speed of  thi  motor respectively. 

Typically, applying  the Pontryaginʹs minimum principle 

results  a  two‐point  boundary  value  problem.  Indeed, 

substituting  the  computed  control equations  in  the  state 

and  costate equations  (22) and  (26) yields a 4n ordinary 

differential equation, where the functions X (t) and  Ψ (t) 

must satisfy the 4n boundary conditions.  

Numerical  libraries  offer  efficient  computing  codes  for 

solving  non‐linear  problems  of  this  type. We  used  the 

routine BVP4C of  the MATLAB®  library, which  is based 

on  the  collocation method. The details of  the numerical 

technique  used  in  MATLAB®  to  solve  the  TPBVP  are 

given in (Shampine L. F. et al.).  

6. Illustrative examples  

In this section, simulations are carried out at two cases. In 

the first case, path planning is performed for the different 

values of penalty matrices. In the second case, simulation 

is done for the high stiffness mobile robot and results are 

compared with the rigid mobile robot (Korayem M.H. et 

al.,  2009).  The  necessary  parameters  used  in  the 

simulations are summarized in the Table 1.  

 

Parameter Value  Unit

Length of Links  L1 = L2 = 0.5   m 

Mass of Links m1 =5 ; m2=3   kg 

Mass of Base  mb=1   kg 

Moment of Area of 

Links I1 = I2 = 5e‐11 4m

Module of Elasticity 

of Links E1 = E2=2e11 2kg.m

Max. no Load Speed 

of Actuators 1sw =6.45 ;  2sw =2.4 rad/s 

Actuator Stall Torque 1sτ =34.67 ; 2sτ =12.21 N.m 

Table 1. Simulation Parameters 

 

The  load  must  be  carried  from  an  initial  point  with 

coordinate  (xe  =  0.3m,  ye  =  0.5m)  to  the  final  point with 

coordinate  (xe = 2.45m, ye = 0.5m). The optimal  trajectory 

between  these  two  points  during  the  overall  time 

91.ft second  is  desired.  It  should  be  noted  that  the 

final load position is not feasible without the base motion. 

Simultaneously,  the  mobile  base  is  initially  at  point  

Moharam Habibnejad Korayem, Hamed Rahimi Nohooji and Amin Nikoobin: Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control 16

( fx   =  0.75m,  fy =  0.2m,  fθ =  0)  and  moves  to  final 

position  ( fx = 1.6m,  fy  = 0.5m). L0  is  supposed  to be 40 

cm. (Korayem M.H. et al., 2009).  

In the first case, the payload is considered to be 2 kg. The 

purpose  is  to  find  the optimal path of payload  in such a 

way  that  the more  suitable  amount  of  control  value  be 

applied  and  the  angular  velocity  values  of  motors  be 

bounded in  srad /.51 .  

By  considering  penalty  matrices  as:  1021 . ww , 

043 ww   and  21 rr =  diag  (0.01)  the  first  path with 

appropriate amount of control value are determined, but 

the angular velocities are greater  than  51.  rad/s. Hence, 

reducing  the  maximum  velocity  magnitude  must  be 

considered. Therefore,  for decreasing  the  joint velocities, 

at  cost  functional  defined  in  the  Eq.  (24)  the  penalty 

matrix corresponding to them must be increased. A range 

of values of W = (w, w, 0, 0) used in simulation are given 

in Table 2.  ir  remains without changes.  

End  effector  trajectories  in  the  XY  plane  are  shown  in 

Figure  2. Figure  3  shows  the  angular positions of  joints 

with respect to time. This graph shows that by increasing 

the  w,  the  angular  position  change  to  approach 

approximately  to  a  straight  line.  Figure  4  shows  the 

angular velocities of the first and second  joints. It can be 

found that by increasing the w, the final values of angular 

velocity  reduce  from  ‐2.3  rad/s  to  ‐1.5  rad/s. By growing 

the w, the angular velocities reduce greatly for the first to 

second  cases whereas at  the  third  case a  little  reduction 

has been occurred in spite of great increase in w. 

 

4 3 2 1 case 

200 10 1 0.1 w  

Table 2. The values of w used in the simulation 

 

The computed torqueses are plotted in Figure 5. As it can be 

seen, increasing the w causes to raise the torques, so that for 

the  last case  the  torque curves reach  to their bounds at  the 

beginning  and  end  of  the  path.  This  result  is  predictable, 

because, increasing the w decreases the proportion of  ir  and 

the result of this is increasing the control values.  

Mode  shapes are plotted  in Figure 6,  shows  the  flexible 

nature of the system in case 3. Finally, arm motions with 

related end effector and base  trajectories  in  this case are 

plotted in Figure 7. 

 

0.5 1 1.5 2 2.5

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

x(m)

y(m

)

End Effector Trajectory

case1case2case3case4

Figure 2. End effector trajectory in XY plane 

 

0 0.5 1 1.5-100

-50

0

50

100

Time (s)

Ang

ular

Pos

ition

- J

oint

1(d

egre

e)

case1case2case3case4

 

0 0.5 1 1.560

80

100

120

140

Time (s)

Ang

ular

Pos

ition

- J

oint

2 (

degr

ee)

case1case2case3case4

Figure 3. Angular positions of joints 

 

17 International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 8, No. 1 (2011)

0 0.5 1 1.5-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

Time (s)

Ang

ular

Vel

ocity

- J

oint

1(r

ad/s

)

case1case2case3case4

0 0.5 1 1.5-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

Time (s)

Ang

ular

Vel

ocity

- J

oint

2(r

ad/s

)

case1case2case3case4

Figure 4. Angular velocities of joints 

  

0 0.5 1 1.5-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

Time (s)

Tor

que

- M

otor

1 (

N-m

)

case1case2case3case4upper boundlower bound

0 0.5 1 1.5-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Time (s)

Tor

que

- M

otor

2 (

N-m

)

case1case2case3case4upper boundlower bound

Figure 5. Torques of motors 

0 0.5 1 1.5-4

-2

0

2

4

6x 10

-3

Time (s)

Mod

e S

hape

- L

ink

1 (m

)

  

0 0.5 1 1.5-6

-4

-2

0

2x 10

-3

Time (s)M

ode

Sha

pe -

Lin

k 2

(m)

  

Figure 6. Mode shapes of links 

 

0.5 1 1.5 2 2.50.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

x(m)

y(m

)

Robot Configuration

Figure 7. robot configuration in the Cartesian plane 

 

It can be concluded that, the first path is the optimal path 

with the least control values, whereas its angular velocity 

is  the  largest magnitude and  the  last path  is  the optimal 

path  with  the  smallest  amount  of  velocities,  while  its 

control  values  is  the  largest  amount.  Finally,  for  the 

considered problem,  the  optimal path  is  the  third path, 

which  its  velocity magnitude  is  bounded  in  srad /.51  

interval and the torque values is the lowest. 

In contrast, the optimal path with lower effort with greater 

velocity  and  the  optimal  path  with  greater  effort  with 

lower velocity are obtained using this method; accordingly, 

Moharam Habibnejad Korayem, Hamed Rahimi Nohooji and Amin Nikoobin: Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control 18

based  on  the  objective  contrast  principle,  there  is  not  a 

unique  solution  that  satisfies  all  the  desired  objectives 

simultaneously.  Consequently,  in  this  method,  designer 

compromises  between different  objectives  by  considering 

the proper penalty matrices and obtain the finest path that 

appropriately cope with the designing requirements. 

In order to verify the validity of the study, the case proposed 

in  literature  is  developed  with  elastic  behavior  in  links 

(Korayem M.H. et al., 2009). The rational comparison can be 

made  between  rigid  manipulator  and  flexible  ones,  by 

increasing the stiffness at the flexible link. It leads to reduce 

the  flexible manners of  the  system  and  approaches  it  into 

rigid  links. Hence, the simulation  is done by  increasing the 

moments of area of each link in previous case study from 1e‐

11 to 6e‐9. The payload is considered to be 20.2 kg (Korayem 

M.H.  et  al.,  2009).  Figures  8‐10  show  the  comparison 

between  angular  positions,  angular  velocities  and  torque 

curves  in  the  rigid and high  stiffness  case,  respectively; as 

seen from these figures, both simulation outputs are in a good 

agreement, which validates the method studied in this paper. 

Finally, mode shapes in this case is shown in Figure 11. 

 

0 0.5 1 1.5-100

-50

0

50

100

150

Time (s)

An

gula

r P

osit

ion

- Jo

ints

1 a

nd

2 (

deg

ree)

Joint 1

Joint 2

rigid high stiffness case

  

Figure 8. Angular positions of joints  

0 0.5 1 1.5-4

-3

-2

-1

0

1

2

Time (s)

An

gula

r V

eloc

ity-

Joi

nts

1 a

nd

2 (

rad

/s)

Joint 1

Joint 2

rigid high stiffness case

  

Figure 9. Angular velocities of joints 

0 0.5 1 1.5-60

-40

-20

0

20

40

60

Time (s)

Tor

qu

e -

Mot

or 1

(N

-m)

rigid high stiffness case

0 0.5 1 1.5-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Time (s)

Tor

qu

e -

Mot

or 2

(N

-m)

rigid high stiffness case

 

Figure 10. Torque curve of actuators 

 

0 0.5 1 1.5-20

-15

-10

-5

0

5x 10

-6

Time (s)

Mo

de

Sh

ape

- L

ink

2(m

)

0 0.5 1 1.5-15

-10

-5

0

5x 10

-6

Time (s)

Mo

de

Sh

ape

- L

ink

1(m

)

  

Figure 11. Mode shapes of links 1 and 2 

19 International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 8, No. 1 (2011)

7. Conclusion 

 

In this paper, path planning problem of a flexible mobile 

manipulator in point‐to‐point motion is formulated based 

on  the  open‐loop  optimal  control  approach.  The  first 

objective  of  paper  is  to  state  the  dynamic  optimization 

problem  under  a  quite  generalized  form  for  the 

optimality  solution  that  commonly  encountered  in  the 

field  of  path  planning  of mechanical manipulators. The 

second  objective  consists  in  developing  the method  for 

optimizing  the  applicable  case  studies,  which  results. 

First, concepts such as redundancy and link flexibility are 

explained  and  the  general  flexible  links  mobile 

manipulator  is  modeled.  Then,  Pontryagin’s  minimum 

principle  is called  for a Hamiltonian state equations and 

optimal path with general objective  function  is designed 

based on TPBVP. Finally, the method is implemented on 

two case studies and obtained results are compared with 

those  reported  in  literature.  It  illustrates  the power  and 

capability  of  the  method  to  overcome  the  high 

nonlinearity nature of  the optimization problem  in  spite 

of  using  complete  form  of  the  obtained  nonlinear 

equations.  Highlighting  the  main  contribution  of  the 

paper can be presented as: 

 

The proposed approach can be adapted to any general 

serial manipulator including both non‐redundant and 

redundant  systems  with  link  flexibility  and  base 

mobility.  

In this approach the nonholonomic constraints do not 

appear in TPBVP directly, unlike the method given in 

literature (Mohri A. et al. 2001; Furuno S. et al. 2003). 

This approach allows completely nonlinear states and 

control  constraints  treated  without  any 

simplifications. 

This  paper  is  the  first  path  generation  study  that 

applied at  the  flexible mobile manipulators with un‐

predefined trajectory of end‐effector.  

The  obtained  results  illustrate  the  power  and 

efficiency  of  the  method  to  overcome  the  high 

nonlinearity  nature  of  the  optimization  problem, 

which with other methods, it may be very difficult or 

impossible. 

In  this  method,  boundary  conditions  are  satisfied 

exactly,  while  the  results  obtained  by  ILP  method 

have a considerable error in final time. 

In  this method,  designer  is  able  to  choose  the most 

appropriate  path  among  various  optimal  paths  by 

considering the proper penalty matrices. 

 

The  optimal  trajectory  and  corresponding  input  control 

obtained  using  this method  can  be  used  as  a  reference 

signal  and  feed  forward  command  in  the  closed‐loop 

control of such manipulators.  

 

 

8. References 

 

Bertolazzi  E.  ;  Biral  F.  &  Da  Lio M.  (2005).  Symbolic–

numeric  indirect method for solving optimal control 

problems  for  large  multibody  systems.  Multibody 

System Dynamics, Vol. 13, No. 2, pp. 233‐252 

Bessonnet G. &  Chessé  S.  (2005). Optimal  dynamics  of 

actuated  kinematic  chains,  Part  2:  Problem 

statements  and  computational  aspects.  European 

Journal of Mechanics A/Solids, Vol. 24, pp. 472–490 

Callies R. & Rentrop P.  (2008). Optimal  control of  rigid‐

link manipulators by indirect methods. GAMM‐Mitt., 

Vol 31, No. 1, pp. 27 – 58 

Chen  M.  W.  &  Zalzala  A.  M.  S.  (1997).  Dynamic 

Modelling and Genetic. Based Trajectory Generation 

for Non‐Holonomic Mobile Manipulators. Pergamon 

Journal  of Control Engineering Practice. Vol.  5, No.  1, 

pp. 39‐48  

Furuno  S.;  Yamamoto M. & Mohri A.  (2003).  Trajectory 

planning  of  mobile  manipulator  with  stability 

considerations.  Proceedings  of  IEEE  International 

Conference  on  Robotics  and  Automation,  pp.  3403‐

3408  

Green A. & Sasiadek J.Z. (2004). Dynamics and Trajectory 

Tracking Control of a Two‐Link Robot Manipulator. 

Journal  of Vibration  and Control, Vol.  10, No.  10, pp. 

1415–1440  

Hull D.G.  (1997). Conversion of optimal control problems 

into  parameter  optimization  problems.  Journal  of 

Guidance and Control Dynamics. Vol. 20, No 1, pp.57–60  

Kim  J.S. & Uchiyama M.  (2003). Vibration mechanism of 

constrained  spatial  flexible  manipulators.  JSME 

International  Journal.  Series  C.  Mechanical  Systems 

machine  Element  Manufacturing,  Vol.  46,  No.1,  pp. 

123–128  

Kirk DE.  (1970). Optimal  control  theory,  an  introduction, 

In: Prentice‐Hall Inc., Upper Saddle River, New Jersey. 

Korayem M. H. & Ghariblu H. (2004). Analysis of wheeled 

mobile  flexible  manipulator  dynamic  motions  with 

maximum  load  carrying  capacities.  Robotics  and 

Autonomous Systems, Vol. 48, No. 2‐3, pp. 63‐76 

Korayem  M.H.  ;  Heidari  A.,  &  Nikoobin  A.  (2008). 

Maximum  Allowable  Load  of  Flexible  Mobile 

Manipulators  Using  Finite  Element  Approach. 

International  Journal  of  advanced  manufacturing 

technology. Vol. 36, No.5‐6, pp. 606‐617  

Korayem  M.H.  ;  Nikoobin  A  &  Azimirad  V.  (2009). 

Maximum  Load  Carring  Capacity  of  Mobile 

Manipulators: Optimal  Control Approach.  Robotica, 

Vol. 27, No. 1, pp. 147‐159 

Matsuno F. & Hatayama M.  (1999). Robust Cooperative 

Control of Two Two‐Link Flexible Manipulators on 

the  Basis  of  Quasi‐Static  Equations.  International 

Journal of Robotic research. Vol. 18, No. 4, pp. 414–428 

 

 

Moharam Habibnejad Korayem, Hamed Rahimi Nohooji and Amin Nikoobin: Path Planning of Mobile Elastic Robotic Arms by Indirect Approach of Optimal Control 20

Mohri A.;  Furuno  S. & Yamamoto M.  (2001). Trajectory 

planning  of mobile manipulator with  end‐effectorʹs 

specified  path.  Proceedings  of  IEEE  International 

Conference on  Intelligent Robots and systems, pp. 2264‐

2269 

Park K.  J.  (2004). Flexible robot manipulator path design 

to  reduce  the  endpoint  residual  vibration  under 

torque constraints. Journal of Sound and Vibration. Vol. 

275, pp. 1051–1068  

Papadopoulos E. G. & Poulakakis J. (2001). Planning and 

Obstacle Avoidance  for Mobile Robots. Proceedings 

of the IEEE International Conference on Robotics and 

Automation, Seoul, Korea 

Sentinella M. R. & Casalino L.  (2006). Genetic algorithm 

and  indirect  method  coupling  for  low‐thrust 

trajectory  optimization.  Proceedings  of  42nd 

AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference 

and Exhibit, Sacramento, Jul 2006 California, USA 

Seraji H. (1998). A unified approach to motion control of 

mobile manipulators.  International  Journal  of  Robotic 

Research, Vol. 17, No. 12, pp.107–118  

Shampine  L.  F.  ;  Reichelt M. W. & Kierzenka  J.  (2000). 

Solving  boundary  value  problems  for  ordinary 

differential equations in Matlab with bvp4c, available 

from :  http://www.mathworks.com/bvp  tutorial, 

Accessed:2000/10/26 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Subudhi  B.  & Morris  A.S.  (2002).  Dynamic Modelling, 

Simulation  and  Control  of  a  Manipulator  with 

Flexible  Links  and  Joints.  Robotics  and  Autonomous 

Systems, Vol. 41, pp. 257–270  

Sun Q., Sharf I., & Nahon M. (1999). Stability Analysis of 

the  Force  Distribution  Algorithm  for  Flexible‐Link 

Cooperating Manipulators. Mechanism and Machchine 

Theory. Vol. 34, pp. 753–763  

Tanner  H.  G.  (2003).  Nonholonomic  Navigation  and 

Control  of  Cooperating Mobile Manipulators.  IEEE 

Transcation on Robotic and Automation. Vol. 19, No. 1, 

pp. 53‐61  

Wilson  D.  G.  ;  Robinett  R.  D.  &  Eisler  G.  R.  (2004). 

Discrete Dynamic Programming  for Optimized Path 

Planning  of  Flexible  Robots.  Proceedings  of  the 

International  Conference  on  Intelligent  Robot  and 

Systems, pp. 2918–2923. 

Yue S.  ; Tso S. K. & Xu W. L. (2001). Maximum dynamic 

payload  trajectory  for  flexible  robot  manipulators 

with kinematic  redundancy. Mechanism  and Machine 

Theory, Vol. 36, pp. 785–800  

Zhu G. ; Ge S.S. & Lee T.H. (1999). Simulation studies of tip 

tracking control of a single‐link flexible robot based on 

a lumped model. Robotica. Vol. 17, pp. 71–78  

 


Recommended