（日經(jīng)技術(shù)））安川電機(jī)開發(fā)出了在機(jī)器人模擬器上自動(dòng)生成機(jī)器人動(dòng)作軌道的“路徑規(guī)劃（Path Planning）功能”。通過使部分示教作業(yè)自動(dòng)化，可減輕作業(yè)者的負(fù)擔(dān)，并縮短生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)置時(shí)間及工序準(zhǔn)備時(shí)間。
關(guān)于新功能，只要在安川電機(jī)的機(jī)器人模擬器“MotoSimEG-VRC”上輸入動(dòng)作開始姿勢、結(jié)束姿勢及動(dòng)作生成條件，就會(huì)自動(dòng)生成可避開周圍障礙物的軌道（圖1）。即使是示教難度大的雙腕機(jī)器人，也可輕松生成左右臂不會(huì)碰撞的軌道。
生成的軌道通過安川電機(jī)的機(jī)器人編程語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器人動(dòng)作，因此可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的示教再現(xiàn)。由于是在確保機(jī)器人與障礙物之間任意空間的同時(shí)生成節(jié)拍短的動(dòng)作，因此還可應(yīng)對模擬與實(shí)際環(huán)境存在誤差的情況。另外，還可生成使機(jī)器人握持工件的姿勢保持固定的軌道，因此還可滿足液體搬運(yùn)系統(tǒng)的使用要求。
具體用途方面，可用于部件配給系統(tǒng)（圖2）。通過使新功能與3D形狀識(shí)別功能、自動(dòng)生成握持及換手動(dòng)作的功能相融合，每次都會(huì)自動(dòng)生成動(dòng)作程序。這樣便可縮短節(jié)拍時(shí)間。
其他用途還有在醫(yī)藥開發(fā)、制藥及臨床檢查領(lǐng)域使用的機(jī)器人系統(tǒng)（圖3）。在該研究領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)作業(yè)步驟會(huì)頻繁改變，每次都必須變更機(jī)器人的動(dòng)作程序。而使用新功能時(shí)，即使沒有機(jī)器人專家也可變更程序。而且，緊急停止時(shí)的復(fù)位動(dòng)作也可自動(dòng)執(zhí)行。
安川電機(jī)將在2016年6月15～17日舉行的“機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對接展北九州”上，展出嵌入路徑規(guī)劃功能的部件配給系統(tǒng)。
延伸閱讀：移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法研究成果
實(shí)際上，移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法是基于不同的環(huán)境和具體的移動(dòng)機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)的，在差異較大的環(huán)境中對于性能不同的移動(dòng)機(jī)器人來說，不同的路徑規(guī)劃方法各有自己的優(yōu)勢與劣勢。目前還沒有一種規(guī)劃方法適合各種環(huán)境任何系統(tǒng)，并且有時(shí)候選擇不同的規(guī)劃方法結(jié)合雙方的優(yōu)點(diǎn)可以取得更好的規(guī)劃效果。
成果一：機(jī)器人路徑規(guī)劃算法部分
在2011年12月—2011年3月期間，我們對不同的路徑規(guī)劃算法進(jìn)行了研究，并且利用Matlab軟件對其進(jìn)行編程仿真，并且我們對仿真結(jié)果，進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和研究，對不同的算法進(jìn)行了對比，提出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。下面我們選取幾種已經(jīng)做好的算法進(jìn)行成果展示，分別為A*算法、人工勢場算法等。并且我們又進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了避障及導(dǎo)航線循跡算法，為以后的研究工作奠定了基礎(chǔ)。
附錄為A*算法的流程，對于其他算法的模型及流程，詳見各開發(fā)文檔。
1、A*算法matlab仿真結(jié)果
上圖為采用A*算法的路徑規(guī)劃結(jié)果。圖中紅色圓點(diǎn)表示障礙物，藍(lán)色圓點(diǎn)表示起始點(diǎn)。由圖可以看出，A*算法的規(guī)劃效果比較
2、人工勢場算法matlab仿真結(jié)果
人工勢場法的基本原理就是在機(jī)器人所處離散環(huán)境中的每一點(diǎn)賦一個(gè)勢場值，的值是目標(biāo)點(diǎn)的引力和障礙物的斥力的疊加。
和是距離影響因子，為與目標(biāo)的距離，為與障礙物的距離。因此機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是從起始點(diǎn)沿著勢場最快下降的方向達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)。
人工勢場受力模型圖
該方法的優(yōu)點(diǎn)是在數(shù)學(xué)描述上簡潔，可以使機(jī)器人迅速躲開突發(fā)障礙物，實(shí)時(shí)性好，因而經(jīng)常被用于局部路徑規(guī)劃的設(shè)計(jì)。
但是人工勢場法的缺點(diǎn)也比較多：
如下圖所示，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果：
1、存在陷阱區(qū)域：就是在路徑規(guī)劃中經(jīng)常會(huì)碰到局部極值點(diǎn)，也就是引力和斥力相等，合力為零的點(diǎn)，從而使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到一個(gè)死區(qū)，導(dǎo)致規(guī)劃失敗。
2、當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)附近有障礙物時(shí)，智能機(jī)器人將永遠(yuǎn)也到達(dá)不了目的地。在以往的一些研究中，目標(biāo)點(diǎn)和障礙物都離得很遠(yuǎn)，當(dāng)機(jī)器人逼近目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，障礙物的斥力變的很小，甚至可以忽略，機(jī)器人將只受到吸引力的作用而直達(dá)目標(biāo)。但在許多實(shí)際環(huán)境中，往往至少有一個(gè)障礙物與目標(biāo)點(diǎn)離得很近，在這種情況下，在智能機(jī)器人逼近目標(biāo)的同時(shí)，它也將向障礙物靠近，由于引力場函數(shù)和斥力場函數(shù)的定義，斥力將比引力大得多，這樣目標(biāo)點(diǎn)將不是整個(gè)勢場的全局最小點(diǎn)，因此智能機(jī)器人將可能達(dá)不到目標(biāo)。
3、在障礙物密集的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生震蕩，從而無法完成路徑規(guī)劃。
4、在連續(xù)狹窄的障礙物通道中擺動(dòng)，或是無法發(fā)現(xiàn)路徑。
成果二：智能小車（基于攝像頭）導(dǎo)航
從2010年12月至2011年3月，我們設(shè)計(jì)并且制作了智能小車（AGV），用以完成該項(xiàng)目的導(dǎo)航線路徑規(guī)劃部分。目前，我們已經(jīng)將智能小車設(shè)計(jì)并組裝完畢。并且已經(jīng)完成了部分軟件設(shè)計(jì)。目前小車能夠通過攝像頭采取到如下（第3部分）圖片。使小車能夠循線行駛。并且能將各傳感器信息進(jìn)行融合，從而達(dá)到較好的導(dǎo)航效果。下面我將從三個(gè)方面進(jìn)行成果展示，其一為賽道舉例，其二為硬件電路設(shè)計(jì)，其三為攝像頭采集圖片示例。
賽道舉例
硬件電路設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)電路模塊，利用以下驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，利用兩個(gè)BTS7960芯片，BTS7960是半橋驅(qū)動(dòng)芯片，就是說需要2個(gè)芯片來驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)，電流最高43A，其內(nèi)阻很小，所以散熱不是很厲害。電機(jī)的控制芯片。一般情況下用的有33886或者是BTS7960控制芯片，前者是電路中的全橋控制電路，就是說一片就可以完成變速和正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。而后者是半橋控制電路，就是說一片只能完成變速，但是不能完成轉(zhuǎn)向的切換，若需要換向時(shí)，可用兩片BTS7960搭接成全橋電路即可。其工作原理是由主控制芯片（一般情況下為單片機(jī)）根據(jù)加速或減速以及正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的信息產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波形，而該P(yáng)WM波形將會(huì)送人電機(jī)控制芯片，電機(jī)控制芯片將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)來改變電機(jī)兩端的電壓，從而實(shí)現(xiàn)變壓調(diào)速。
