SCARA機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子、汽車、塑料、食品等工業(yè)領(lǐng)域，其主要職能是完成搬運(yùn)和裝配工作。隨著加工工藝的復(fù)雜性與精確性不斷提升，SCARA機(jī)器人在流水線上經(jīng)常需要與其他工業(yè)設(shè)備協(xié)同作業(yè)，難免會(huì)出現(xiàn)與障礙物發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。因此，對(duì)工作范圍內(nèi)存在障礙物的SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃便顯得尤為重要。

　　軌跡規(guī)劃（Path Planning）是指給定環(huán)境的障礙物條件，以及起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位置，要求選擇一條從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的路徑，使SCARA機(jī)器人能安全、無(wú)碰撞地通過(guò)所有的障礙物。這種自主地躲避障礙物并完成作業(yè)任務(wù)是SCARA機(jī)器人研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。軌跡規(guī)劃的實(shí)質(zhì)是預(yù)先給定SCARA機(jī)器人作業(yè)路徑上的關(guān)節(jié)坐標(biāo)值序列，使其沿預(yù)定路徑運(yùn)動(dòng)。對(duì)于四軸機(jī)器人而言，關(guān)節(jié)3的縱向運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)4的帶夾具運(yùn)動(dòng)均具有較強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際情況用簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)指令實(shí)時(shí)控制以躲避障礙物；而關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2在水平面內(nèi)的關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)在很大程度上決定了SCARA機(jī)器人的主要位姿，是障礙物避碰的主導(dǎo)因素。所以，合理規(guī)劃關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2在水平面內(nèi)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)值序列是實(shí)現(xiàn)避障的前提和關(guān)鍵。本文即是針對(duì)SCARA機(jī)器人的二維避障問(wèn)題，基于幾何學(xué)與人工智能學(xué)理論，提出了一種智能控制算法并加以仿真驗(yàn)證。

　　2． 二維避障智能控制算法設(shè)計(jì)

　　工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際障礙物雖具有多種平面形狀，但任何形狀的障礙物均可用其外接圓柱體包圍。為簡(jiǎn)化對(duì)問(wèn)題的描述又不失一般性，文中假定實(shí)際障礙物為圓柱體結(jié)構(gòu)，映射到X-Y水平面上即為一圓形區(qū)域。本算法的總體思路為：先將關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2構(gòu)成的關(guān)節(jié)空間q1-q2柵格化為有限個(gè)小方塊，并對(duì)每個(gè)小方塊編號(hào)，設(shè)定坐標(biāo)值；然后將直角坐標(biāo)系X-Y下的圓形障礙區(qū)域轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)空間中不可達(dá)的小方塊群，求出它們的編號(hào)，并給可達(dá)矩陣賦值；再采用人工智能理論中具有啟發(fā)式搜索的A*算法在關(guān)節(jié)空間中求出避障路徑點(diǎn)的編號(hào)序列；最后將該編號(hào)序列轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)值序列，關(guān)節(jié)1與關(guān)節(jié)2依次取對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度值運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)二維避障控制。

　　2.1 關(guān)節(jié)空間q1-q2柵格化

　　假定SCARA機(jī)器人關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2的運(yùn)動(dòng)范圍均為［-120 ，120 ］，取細(xì)分精度為6 （可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇細(xì)分精度），可將關(guān)節(jié)坐標(biāo)軸q1、q2均劃分為［120-（-120）］ / 6 = 40條相等的小線段，分別在每條小線段的端點(diǎn)作q1軸與q2軸的平行線，所有平行線相交，可將關(guān)節(jié)空間平面劃分為40*40 = 1600個(gè)面積相等的小方塊，從而實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)空間q1-q2的柵格化，如圖3所示。

　　然后，對(duì)每個(gè)小方塊進(jìn)行編號(hào)并設(shè)定關(guān)節(jié)坐標(biāo)值，按照從左至右、從下至上依次增大的原則，編號(hào)?。?，1600］之間的整數(shù)，在圖3中，左下角小方塊編號(hào)為1，右上角編號(hào)為1600，1號(hào)小方塊正上方的小方塊編號(hào)為41，依此類推，可得出所有小方塊的唯一相異編號(hào)值。

　　最后對(duì)每個(gè)小方塊賦坐標(biāo)值，為使坐標(biāo)值分布均勻，取每個(gè)小方塊的中心坐標(biāo)（q1，q2）為其坐標(biāo)值。則1號(hào)小方塊的坐標(biāo)值為（-117 ，-117 ），1600號(hào)小方塊的坐標(biāo)值為（117 ，117 ），41號(hào)小方塊的坐標(biāo)值為（-117 ，-111 ），依此類推，可得出所有小方塊的唯一相異坐標(biāo)值。

　　2.2 確定障礙區(qū)域

　　在圖1中的直角坐標(biāo)系下，O為坐標(biāo)原點(diǎn)，OA2與A2B2分別為SCARA機(jī)器人的大臂與小臂，由右手螺旋法則易知，實(shí)線OA2B2表示本體處于關(guān)節(jié)坐標(biāo)為（-117 ，-117 ）的位姿，對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)空間中的1號(hào)小方塊；虛線OMN表示本體與X軸正向重合時(shí)的位姿；虛線OA1B1則表示本體處于關(guān)節(jié)坐標(biāo)為（117 ，117 ）的位姿，對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)空間中的1600號(hào)小方塊。圖中藍(lán)色與黑色虛線包圍的空間即為本體的活動(dòng)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)假設(shè)存在兩個(gè)圓形障礙物圓K1與圓K2，兩圓半徑均已知。由于本算法要求在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下規(guī)劃避障路徑，所以要先將直角坐標(biāo)系下的障礙區(qū)域轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的編號(hào)群。