4路徑規(guī)劃

4.1環(huán)境表示

在環(huán)境表示上采用柵格法，用柵格法表示加工工件模型及加工環(huán)境相對容易，但時間復雜性相對較高。

對于工業(yè)加工而言，加工工件一般都是成批量進行加工的，只需在第一次加工該加工工件開銷相對較長的時間，此后的每一次加工只需從存儲的文件中，調用之前已得到的最優(yōu)路徑進行加工即可，而且，工業(yè)加工更需要一個相對較為容易得到的模型。

常用的柵格法如圖5所示。該方法是將整塊目標區(qū)域劃分成N個等份的小格，但是這種方法對于工業(yè)加工來說精度差，數(shù)據(jù)存儲空間過大，而且時間開銷較大。改進后的柵格法如圖6所示。該改進后的柵格法是采用逐步細分法，先將整個區(qū)域細分成四塊，然后判斷加工點在哪塊區(qū)域，接著在細分，直到加工點及環(huán)境足以被表示出來為止。該方法在對無加工點和無加工工件的區(qū)域內不進行細分，大大節(jié)省了數(shù)據(jù)消耗，并且有針對性的對有加工點及加工工件的位置進行細分，提高了加工精度。為了在工件加工時能夠更精確地表示加工位置，該控制軟件在環(huán)境表示上所采用的是改進后的柵格法。

在環(huán)境表示的代碼實現(xiàn)上采用鏈表的形式。環(huán)境單位結點的構建采用結構體的形式，其主要包括子結點地址、父結點地址和權值等。不同的權值代表著不同的含義，可表示存在加工點區(qū)域、靠近加工點區(qū)域、加工工件非加工點部分及其他區(qū)域，它是實行路徑規(guī)劃實現(xiàn)的引領者，在下節(jié)路徑規(guī)劃當中將詳細介紹。環(huán)境單位結點的代碼如下：

一旦區(qū)域劃分完畢，將需要一值予以表示其加工點的位置。采用結構體的形式予以表示，包括X，Y，Z三個坐標，表示其相對于所在結點空間的坐標。該結構體屬于環(huán)境單位結點的一部分，具體代碼如下：

Struct News

{int x;int y;int z;};

每一個環(huán)境單位結點都擁有自己的一個ID號，即該環(huán)境單位的大小及位置，具體代碼如下：

Struct Size

{int y;int z;int x;int Size;};

x，y，z分別是區(qū)域空間內該坐標軸上的最小值，Size表示該立方體區(qū)域的邊長。

4.2權值尋找

在路徑規(guī)劃上，采用權值尋找法。對每一個環(huán)境節(jié)點都進行一個權值的賦予，給予結點不同的優(yōu)先級，權值越低，優(yōu)先級越高，用于在路徑尋找中找到最優(yōu)路徑。

例如，現(xiàn)有4個子節(jié)點A，B，C，D，給予A結點的權值為100，B結點的權值為80，C結點的權值為50，D結點的權值為10.現(xiàn)在在路徑規(guī)劃尋找最優(yōu)路徑時，直接先尋找到D結點，然后繼續(xù)尋找下去，若出現(xiàn)多個優(yōu)先級相同的結點時，則分而尋之，到尋找完畢之后，再進行最優(yōu)路徑選取，可采用權值之和最小者優(yōu)先的方法等［6］。權值賦予的優(yōu)先級按由高到低的順序排列為：存在加工點，靠近加工點，加工工件非加工點部分，其他區(qū)域。

實驗結果表明，采用上述路徑規(guī)劃選定的實際加工路徑與理想加工路徑依然存在著一定的差距。圖7為理想加工路徑，圖8為實際加工路徑。

5總結

本文通用控制軟件是在三軸臺式工業(yè)機器人的基礎上，以SmartPAC運動控制器為核心，通過改進后的柵格法進行模型建立，利用權值尋找法進行樹的遍歷尋找出一條最優(yōu)路徑作為加工路徑。經(jīng)實驗表明，該軟件基本達到軸式機器人定位要求，能實現(xiàn)簡單的路徑規(guī)劃，具備一定的通用性。針對大批量工業(yè)加工而言，軟件在加工工件的首次模型實現(xiàn)與路徑規(guī)劃上時間開銷較大，相比人為設定加工路徑要簡單、高效、便捷。