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(shí)間復(fù)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(jìn)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(shí)間，此后的每一次加工只需從存儲的文件中，調(diào)用之前已得到的最優(yōu)路徑進(jìn)行加工即可，而且，工業(yè)加工更需要一個(gè)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(biāo)區(qū)域劃分成N個(gè)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(shí)間開銷較大。改進(jìn)后的柵格法如圖6所示。該改進(jìn)后的柵格法是采用逐步細(xì)分法，先將整個(gè)區(qū)域細(xì)分成四塊，然后判斷加工點(diǎn)在哪塊區(qū)域，接著在細(xì)分，直到加工點(diǎn)及環(huán)境足以被表示出來為止。該方法在對無加工點(diǎn)和無加工工件的區(qū)域內(nèi)不進(jìn)行細(xì)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(diǎn)及加工工件的位置進(jìn)行細(xì)分，提高了加工精度。為了在工件加工時(shí)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(jìn)后的柵格法。

在環(huán)境表示的代碼實(shí)現(xiàn)上采用鏈表的形式。環(huán)境單位結(jié)點(diǎn)的構(gòu)建采用結(jié)構(gòu)體的形式，其主要包括子結(jié)點(diǎn)地址、父結(jié)點(diǎn)地址和權(quán)值等。不同的權(quán)值代表著不同的含義，可表示存在加工點(diǎn)區(qū)域、靠近加工點(diǎn)區(qū)域、加工工件非加工點(diǎn)部分及其他區(qū)域，它是實(shí)行路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的引領(lǐng)者，在下節(jié)路徑規(guī)劃當(dāng)中將詳細(xì)介紹。環(huán)境單位結(jié)點(diǎn)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(diǎn)的位置。采用結(jié)構(gòu)體的形式予以表示，包括X，Y，Z三個(gè)坐標(biāo)，表示其相對于所在結(jié)點(diǎn)空間的坐標(biāo)。該結(jié)構(gòu)體屬于環(huán)境單位結(jié)點(diǎn)的一部分，具體代碼如下：

Struct News

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

每一個(gè)環(huán)境單位結(jié)點(diǎn)都擁有自己的一個(gè)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(nèi)該坐標(biāo)軸上的最小值，Size表示該立方體區(qū)域的邊長。

4.2權(quán)值尋找

在路徑規(guī)劃上，采用權(quán)值尋找法。對每一個(gè)環(huán)境節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行一個(gè)權(quán)值的賦予，給予結(jié)點(diǎn)不同的優(yōu)先級，權(quán)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(gè)子節(jié)點(diǎn)A，B，C，D，給予A結(jié)點(diǎn)的權(quán)值為100，B結(jié)點(diǎn)的權(quán)值為80，C結(jié)點(diǎn)的權(quán)值為50，D結(jié)點(diǎn)的權(quán)值為10.現(xiàn)在在路徑規(guī)劃尋找最優(yōu)路徑時(shí)，直接先尋找到D結(jié)點(diǎn)，然后繼續(xù)尋找下去，若出現(xiàn)多個(gè)優(yōu)先級相同的結(jié)點(diǎn)時(shí)，則分而尋之，到尋找完畢之后，再進(jìn)行最優(yōu)路徑選取，可采用權(quán)值之和最小者優(yōu)先的方法等［6］。權(quán)值賦予的優(yōu)先級按由高到低的順序排列為：存在加工點(diǎn)，靠近加工點(diǎn)，加工工件非加工點(diǎn)部分，其他區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用上述路徑規(guī)劃選定的實(shí)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(shí)際加工路徑。

5總結(jié)

本文通用控制軟件是在三軸臺式工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，以SmartPAC運(yùn)動控制器為核心，通過改進(jìn)后的柵格法進(jìn)行模型建立，利用權(quán)值尋找法進(jìn)行樹的遍歷尋找出一條最優(yōu)路徑作為加工路徑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，該軟件基本達(dá)到軸式機(jī)器人定位要求，能實(shí)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(shí)現(xiàn)與路徑規(guī)劃上時(shí)間開銷較大，相比人為設(shè)定加工路徑要簡單、高效、便捷。