雙機械手臂避碰方法之回顧整理

多機械手臂系統比起單手臂系統，在應用上有顯著的優點，這樣的系 統可以輕易地應付許多複雜的工作，而在它的應用方面，大致可以分成以 下兩類：

(1) 兩 個 手 臂 在 同 一 個 環 境 當 中 分 別 獨 立 運 作 ， 稱 為 Co-operative。

(2) 兩個手臂同時運作，而定義在這種情況下的動作通常會是一 個封閉迴圈，重複著動作，稱為 Co-ordinated。

由於雙機械手臂系統中的兩個手臂是在同一個環境中工作，因此先前 為單機械手臂系統，所提出的一些有關位置以及位能場演算法，並不能直 接套用。在多機械手臂的環境當中，主要不同且需要處理的問題，就是手 臂間的避碰問題，規劃過程的路徑必須確認為無碰撞 (collision free)，

因此就必須不斷的作碰撞偵測 (collision detection) 以及碰撞避免 (collision avoidance)，基於這些問題的重要性，先前有關多手臂環境 的研究，也提出了一些解決方法。以下是對於手臂間的避碰問題，對先前 提出方法作所的整理。

2.2.1 手臂間的避碰處理

Cameron [34]曾經整理出有關碰撞偵測的技術，並將之歸類為主要三

個方法：

(1) 將機器人的動作對時間作平均取樣，而每個取樣後的片段再單 獨對環境作比對，偵測有無碰撞發生，取樣的密集度則必須確 定在取樣片段跟取樣片段之間不會有碰撞發生。

(2) 將機器人在時間範圍內掃過的區域記錄起來，並將此區域對環 境作比對，偵測有無碰撞發生。

(3) 不將動作對時間作取樣，而是直接把時間當作除了空間之外的 第四個維度作處理，因此障礙物資訊將隨時間而累積，這種方 法所求出的解接近完美，然而缺點是資料量以及計算時間過於 龐大。

利用以上的方法為依據，接下來的研究即可以之為工具，做好手臂間 的避碰處理，而後將重點轉移到路徑規劃剩下的問題當中。且綜觀以上，

各 個 方 法 多 是 將 機 器 人 或 機 器 手 臂 ， 或 者 其 通 過 的 空 間 視 為 物 體 (object)，進而去判斷物體與環境是否有交錯 (intersection)，通常在 接下來所規劃出的路徑，可被看成擁有最短距離或是最短時間的路徑。

2.2.2 廣義位能場模型在手臂間的避碰處理的應用

廣義位能場模型的特性，在於能將三維空間中活動的物體，推向力的 平衡點，在行動機器人或機械手臂的路徑規劃應用上，可視為是盡可能的 遠離障礙物 (因為障礙物表面對機器人或手臂具有推斥力)，而手臂間的 互動，亦與此特性有關。兩個機械手臂在環境中動作時，當其中一個手臂，

或是兩個手臂互相把對方看成是環境中的一部分 (障礙物)，在每一個時 間點都去重新考慮環境中的障礙物資訊而計算出新的位能低點，此時規劃 路徑中的手臂將同時受到環境以及另一個手臂的斥力，到達新的位能低 點，而處於新的安全點。

廣義位能場模型不但應用在單一機器人或手臂的路徑規劃上效果顯 著，由於其推斥力的特性，我們認為若應用在雙機械手臂，甚至多機械手 臂都會有很好的效果，因此下一章我們針對將要應用的廣義位能場模型，

作詳細的介紹。