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1、7.机器人语言和离线编程,7.1概述,机器人技术的一个重要特点就在于它具有通用性。为此，就必须使它具有一种可编程序的机构，改变其程序便能实现不同的作业。有以下三种方式可以生成机器人作业程序，即直接示教方式，离线数据程序设计方式和使用机器人语言编程的方式,直接示教法优点：不需要预备知识，不需要复杂的计算机装置，所以被广泛使用，尤其适合单纯的重复性作业，例如搬运、喷漆、焊接等。缺点：示教时间太长，速度太慢，尤其是对于一些复杂的动作；不同的机器人，或者即使同一个机器人，对于不同的任务都需要重新示教；无法接受感觉信息的反馈；无法控制多台机器人的协调动作。,离线数据程序设计方式对于一些复杂的作业，或需要
2、给出连续的数据时，是比较合 适的。第三种方式是使用编程语言，即机器人语言的方式。机器人语言是一种专用语言，即用符号来描述机器人的动作，类似于计算机的程序设计语言。,优点：由于用计算机代替了手动示教，提高了编程效率；语言编程与机器人型号无关，编好的程序可供多台机器人或不同型号的机器人使用；可以接受感觉信息；可以协调多台机器人工作；可以引入逻辑判断、决策、规划功能以及人工智能的其他方法,图71表示一个进行装配的自动工作站，由传送带、摄像机、工业机器人、送料器、压床和装货盘等组成,7.2机器人编程语言的类型,已有多种机器人语言问世研究室里的实验语言：美国斯坦福大学开发的AL语言、IBM公司的AUTO
3、PASS语言、英国爱丁堡大学开发的RAPT语言实用的机器人语言：由AL语言演变而来的VAL语言、日本九州大学开发的IML语言、IBM公司开发的AML语言等。,机器人语言的特征,1.实时系统2.三维空间的运动系统3.良好的人机接口4.实际的运动系统,机器人语言尽管有很多分类方法,但根据作业描述水平的高低,通常可分为三级,即动作级、对象级和任务级。,动作级编程语言,动作级语言是以机器人的运动作为描述中心，通常由使夹手从一个位置到另一个位置的一系列命令组成。动作级语言的每一个命令（指令）对应于一个动作.代表是VAL语言，语句简单，易于编程。例,可以定义机器人的运动序列的基本语句形式为”MOVE TO
4、(destination)”,动作级编程又可以分为（1）关节级编程关节级编程程序给出机器人各关节位移的时间序列。这种程序可以用汇编语言、简单的编程指令实现，也可通过示教盒示教或键入示教实现.,（2）终端执行器级编程终端执行器级编程是一种在作业空间内直角坐标系里工作的编程方法。终端执行器级编程程序给出机器人终端执行器的位姿和辅助机能的时间序列，包括力觉、触觉、视觉等机能以及作业用量、作业工具的选定等.,基本特点：各关节的求逆变换由系统软件支持进行；数据实时处理且导前于执行阶段；使用方便，占内存较少；指令语句有运动指令语言、运算指令语句、输入输出和管理语句等。,对象级编程语言,对象级语言解决了动作
5、级语言的不足，它是描述操作物体间关系使机器人动作的语言，即是以描述操作物体之间的关系为中心的语言，这类语言有AML，AUTOPASS等，它具有以下特点。,a运动控制具有与动作级语言类似的功能b处理传感器信息可以接受比开关信号复杂的传感器信号，并可利用传感器信号进行控制、监督以及修改和更新环境模型。,c通信和数字运算能方便地和计算机的数据文件进行通信，数字计算功能强，可以进行浮点计算。d具有很好的扩展性用户可以根据实际需要，扩展语言的功能，如增加指令等。,动作级 对象级,任务级编程语言,任务级语言是比较高级的机器人语言，这类语言允许使用者对工作任务所要求达到的目标直接下命令，不需要规定机器人所做
6、的每一个动作的细节，为此，机器人必须一边思考一边工作。,7.3机器人语言系统结构和基本功能,7.3.1 机器人语言系统结构,机器人语言操作系统包括三个基本的操作状态：监控状态；编辑状态；执行状态。,机器人编程语言的基本功能(1)运算功能(2)决策功能(3)通讯功能(4)机器人运动功能(5)工具指令功能(6)传感数据处理功能,7.4常用的机器人编程语言,7.4.1 VAL语言 VAL语言目前主要用在各种类型的 PUMA机器人以及 UNIMATE 2000和 UNIMATE 4000系列机器人上。是在BASIC语言的基础上扩展的机器人语言，具有BASIC式的结构。,VAL语言的主要特点是：能够在线
7、、实时地使用，设有坐标变换的子程序，机器人的坐标可用直角坐标系来定义，编程方法和全部指令可用于多种计算机控制子程序指令简明，指令语句由指令字及数据组成，实时及离线编程均可应用；,指令及功能均可扩展，可用于装配线及制造过程控制；可调用子程序组成复杂操作控制；连续实时计算，迅速实现复杂运动控制；能连续产生机器人控制指令，同时实现人机交联；可以利用外部存储器（软盘）来记忆程序和数据。,7.4.2 SIGLA语言,SIGLA是20世纪70年代后期意大利OLIVETTI公司研制的一种简单的非文本型语言，用于对直角坐标式的SIGMA型装配机器人作数字控制.,7.4.3 IML语言,IML语言是日本九州大学
8、开发的。它和VAL等语言一样，是一种着眼于末端执行器动作进行编程的动作级语言.,7.4.4 AL语言,AL语言是20世纪70年代中期美国斯坦福大学人工智能实验室开发的，它基于ALGOL，且可与PASCAL共用.,MOTOMANup6 举例MOVJ C0001 VJ=25.00 设定插补方式和速度值MDL:SEE box000 使box000、box001、box002工MDL:SEE box001 作模块可见MDL:SEE box002MOVJ C0002 VJ=25.00MOVJ C0003 VJ=25.00CALL JOB:ZHUA 调用zhua.jbi抓取程序MOVJ C0004 VJ=
9、25.00MOVJ C0005 VJ=25.00MOVJ C0006 VJ=25.00CALL JOB:FANG 调用fang.jbi松爪程序MOVJ C0007 VJ=25.00MOVJ C0008 VJ=25.00MOVJ C0009 VJ=25.00CALL JOB:ZHUA1 调用zhua1.jbi抓取程序,7.5机器人的离线编程,机器人离线编程的特点 和主要内容 机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓广，它利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规划.,(1)离线编程的优点:a可减少机器人非工作时间b使
10、编程者远离危险的工作环境。c 使用范围广，可以对各种机器人进行编 程。d便于和CADCAM系统结合，做到CADCAM机器人一体化。e可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程。f便于修改机器人程序,（2）离线编程系统的主要内容离线编程系统不仅是机器人实际应用的一个必要手段，也是开发和研究任务规划的有力工具。通过离线编程可建立起机器人与CADCAM之间的联系。设计离线编程系统应考虑以下几方面的内容,a机器人工作过程的知识。b机器人和工作环境三维实体模型。c 机器人几何学、运动学和动力学知识。d基于图形显示和可进行机器人运动图形仿真的关于上述a，b，c的软件系统e轨迹规划和检查算法，如检查机器人关节超限，检测碰撞，规划机器人在工作空间的运动轨迹等。,f传感器的接口和仿真，以利用传感器的信息进行决策和规划。g通讯功能，进行从离线编程系统所生成的运动代码到各种机器人控制柜的通讯。h用户接口，提供有效的人机界面，便于人工干预和进行系统的操作。,机器人离线编程系统的结构,离线编程系统框图，如图77所示，主要由用户接口、机器人系统的三维构型、运动学计算、轨迹规划、动力学仿真、并行操作、传感器仿真、通信接口和误差校正9部分组成。,机器人作业环境和程序的建立,离线变程示例,
