SCARA機器人廣泛應用于電子、汽車、塑料、食品等工業領域，其主要職能是完成搬運和裝配工作。隨著加工工藝的復雜性與精確性不斷提升，SCARA機器人在流水線上經常需要與其他工業設備協同作業，難免會出現與障礙物發生碰撞的危險。因此，對工作范圍內存在障礙物的SCARA機器人的運動軌跡進行規劃便顯得尤為重要。

　　軌跡規劃（Path Planning）是指給定環境的障礙物條件，以及起始點和目標點位置，要求選擇一條從起始點到目標點的路徑，使SCARA機器人能安全、無碰撞地通過所有的障礙物。這種自主地躲避障礙物并完成作業任務是SCARA機器人研究中的一個重要內容。軌跡規劃的實質是預先給定SCARA機器人作業路徑上的關節坐標值序列，使其沿預定路徑運動。對于四軸機器人而言，關節3的縱向運動與關節4的帶夾具運動均具有較強的靈活性，可以根據實際情況用簡單的運動指令實時控制以躲避障礙物；而關節1與關節2在水平面內的關聯運動在很大程度上決定了SCARA機器人的主要位姿，是障礙物避碰的主導因素。所以，合理規劃關節1與關節2在水平面內的關節坐標值序列是實現避障的前提和關鍵。本文即是針對SCARA機器人的二維避障問題，基于幾何學與人工智能學理論，提出了一種智能控制算法并加以仿真驗證。

　　2． 二維避障智能控制算法設計

　　工業現場的實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。為簡化對問題的描述又不失一般性，文中假定實際障礙物為圓柱體結構，映射到X-Y水平面上即為一圓形區域。本算法的總體思路為：先將關節1與關節2構成的關節空間q1-q2柵格化為有限個小方塊，并對每個小方塊編號，設定坐標值；然后將直角坐標系X-Y下的圓形障礙區域轉化為關節空間中不可達的小方塊群，求出它們的編號，并給可達矩陣賦值；再采用人工智能理論中具有啟發式搜索的A*算法在關節空間中求出避障路徑點的編號序列；最后將該編號序列轉換為對應的關節坐標值序列，關節1與關節2依次取對應的關節角度值運動即可實現二維避障控制。

　　2.1 關節空間q1-q2柵格化

　　假定SCARA機器人關節1和關節2的運動范圍均為［-120 ，120 ］，取細分精度為6 （可根據實際情況靈活選擇細分精度），可將關節坐標軸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作q1軸與q2軸的平行線，所有平行線相交，可將關節空間平面劃分為40*40 = 1600個面積相等的小方塊，從而實現了關節空間q1-q2的柵格化，如圖3所示。

　　然后，對每個小方塊進行編號并設定關節坐標值，按照從左至右、從下至上依次增大的原則，編號取［1，1600］之間的整數，在圖3中，左下角小方塊編號為1，右上角編號為1600，1號小方塊正上方的小方塊編號為41，依此類推，可得出所有小方塊的唯一相異編號值。

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

　　2.2 確定障礙區域

　　在圖1中的直角坐標系下，O為坐標原點，OA2與A2B2分別為SCARA機器人的大臂與小臂，由右手螺旋法則易知，實線OA2B2表示本體處于關節坐標為（-117 ，-117 ）的位姿，對應關節空間中的1號小方塊；虛線OMN表示本體與X軸正向重合時的位姿；虛線OA1B1則表示本體處于關節坐標為（117 ，117 ）的位姿，對應關節空間中的1600號小方塊。圖中藍色與黑色虛線包圍的空間即為本體的活動區域，在該區域內假設存在兩個圓形障礙物圓K1與圓K2，兩圓半徑均已知。由于本算法要求在關節坐標系下規劃避障路徑，所以要先將直角坐標系下的障礙區域轉換為關節坐標系下對應的編號群。

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