第八章机器人编程2教学讲义.ppt

第八章 机器人编程;§ 8.1 机器人编程要求与语言类型;5 要有良好的编程环境 一个好的编程环境有助于提高程序员的工作效率。 机械手的程序编制是困难的，其编程趋向于试探对话式。从而 导致工作效率低下。 现在大多数机器人编程语言含有中断功能，以便能在程序开发 和调试过程中每次只执行一条单独语句。典型的编程支撑（如文本 编辑调试程序）和文件系统也是需要的。 6 需要人机接口和综合传感信号 在编程和作业过程中，应便于人与机器人之间进行信息交换， 以便在运动出现故障时能及时处理，确保安全。 随着作业环境和作业内容复杂程度的增加，需要有功能强大的 人机接口。 ;3 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的每一个动作的细节。只要按某种原则给出最初的环境模型和最终工作状态，机器人可自动进行推理、计算，最后自动生成机器人的动作。 ;§ 8.2 机器人语言系统结构和基本功能;;;表8-1 国外主要的机器人编程语言（续）;1 VAL语言 ★由美国Unimation公司推出 ★是在BASIC语言的基础上扩展的机器人语言 ★适用于机器人两级控制系统 ★主要用于PUMA机器人、UNIMATE 2000和NIMATE 4000系列机器人 ★VAL语言的主要特点 编程方法和全部指令适用性广 指令简明 指令及功能均可扩展 可调用子程序组成复杂操作控制 可连续实时计算和产生机器人控制指令，实现人机交联;2 SIGLA语言 ★由意大利OLIVETTI公司研制的非文本型类语言 ★可在RAM大于8k的微型计算机上执行也可事先固化在PROM中 ★多个指令字为用户提供了定义机器人任务的能力 在SIGMA型机器人上，装配任务常由若干子任务组成 设计了32个指令定义字完成对子任务的描述及将子任务进行相应的组合;3 IML语言 ★由日本九州大学开发，是一种着眼于末端执行器动作进行编程的动作级语言 ★数据类型有标量 、矢量和逻辑型数据 ★用直角坐标系来描述机器人和目标物体的位姿 固定在机器人上的机座坐标系 固定在操作空间的工作坐标系 ★命令以指令形式给出，由解释程序来解释 使用者定义的用户指令 系统提供的基本指令 ;4 AL语言 ★由美国斯坦福大学人工智能实验室开发 ★原设计用于有传感反馈的多个机器手并行或协同控制的编程 ★AL系统硬件应包括后台计算机、控制计算机和多台在线微型计算机 ★基本功能语句 标量（SCALAR） 向量（VECTOR） 旋转（ROT） 坐标系（FRAME） 变换（TRANS） 块结构形式 运动语句（MOVE） 手的开合运动（OPEN，CLOSE） 两物体结合的操作（AFFIX，UNFIX） 力觉的处理功能 力的稳定性控制 同时控制多台机械手的运动语句（COBEGIN，COEND ） 可使用子程序及数组（PROCEDURE，ARRAY） 可与VAL语言进行信息交流;§ 8.4 机器人的离线编程;★离线编程的优点 可减少机器人非工作时间，当对下一个任务进行编程时，机器人仍可在生产线上工作 使编程者远离危险的工作环境 使用范围广，可以对各种机器人进行编程 便于和CAD/CAM系统结合做到CAD/CAM/机器人一体化 可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程 便于修改机器人程序 ;2 机器人离线编程系统的结构;;③运动学计算 分为运动学正解和运动学反解两部分 ·正解是给出机器人运动参数和关节变量来计算末端位姿 ·反解则是由给定的末端位姿计算相应的关节变量值 就运动学反解而言，离线编程系统与机器人控制柜的联系有两种选择 ·用离线编程系统代替机器人控制柜的逆运动学，将机器人关节坐标值通讯给控制柜 ·将笛卡儿坐标值输送给控制柜，由控制柜提供的逆运动学方程求解机器人的形态 ④轨迹规划 规划的两种类型 ·自由移动（仅由初始状态和目标状态定义） ·依赖于轨迹的约束运动 约束运动受到路径、运动学和动力学约束 自由移动没有约束条件 轨迹规划器接受路径设定和约束条件的输入，并输出起点和终点之间按时间排列的中间形态序列，它们可用关节坐标或笛卡儿坐标表示 轨迹规划器采用轨迹规划算法 ;⑤动力学仿真 当机器人跟踪期望的运动轨迹时，如果所产生的误差在允许范围内，则离线编程系统可以只从运动学的角度进行轨迹规划，而不考虑机器人的动力学特性。但是，如果机器人工作在高速和重负载的情况下，则必须考虑动力学特性，以防止产生比较大的误差。 快速有效地建立动力学模型是机器人实时