東南大學王興松機器人原理與技術(shù)chap8 robot_programming

1、東南大學遠程教育機器人技術(shù)機器人技術(shù)第第 五十五五十五 講講主講教師：王興松主講教師：王興松機器人編程機器人編程Robot Programming8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能機器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能8.3 8.3 常用的機器人編程語言常用的機器人編程語言8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型任務：檢驗工件有無缺陷。銷釘插入錐形孔。銷釘壓入錐形孔。檢驗是否壓緊了。 Robot Programming 8.

2、1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 1.對機器人編程的要求 （1）能夠建立世界模型 是描述物體三維運動的方法。 定義相關(guān)幾何體的名義變量來建模。 模型要描述盡可能多的有關(guān)物體和機械手的信息。Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 1.對機器人編程的要求 （2）能夠描述機器人的作業(yè) 描述水平?jīng)Q定了編程語言水平。 利用空間關(guān)系說明物體形態(tài)。 東南大學遠程教育機器人技術(shù)機器人技術(shù)第第 五十六五十六 講講主講教師：王興松主講教師：王興松Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器

3、人編程要求與語言類型 1.對機器人編程的要求 （3）能夠描述機器人的運動 例，移至goal1,在移至goal2,然后經(jīng)過via1到 goal3。 VAL-語言： AL語言（機械手garm） move goal1 move garm to goal1; move goal2 move garm to goal2; move vial move garm to goal3 via via1; move goal3Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 1.對機器人編程的要求 （4）允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程 包括實驗，轉(zhuǎn)移，循環(huán)，調(diào)用子程序以

4、及中斷。 多臺計算機的并行處理。 使用某種傳感器來監(jiān)控不同的過程。 （5）要有良好的編程環(huán)境 在線修改和立即重新啟動。 傳感器的輸出和程序追蹤。 仿真。Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 1.對機器人編程的要求 （6）需要人機接口和綜合傳感信號 人機間進行信息交換，及時處理故障。 可根據(jù)傳感器信號來控制程序的流程。 三類傳感器： 位置檢測 力覺和觸覺 視覺Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 2.機器人編程語言的類型 （1）動作級（以VAL為代表） 以機器人的運動作

5、為描述中心，每一命令對應 一個動作。 優(yōu)點，語句簡單，易于編程。 缺點，不能進行復雜計算，不能接受復雜傳感 信號。 關(guān)節(jié)級，給出機器人個關(guān)節(jié)位移的時間序列。 終端執(zhí)行器級，給出終端執(zhí)行器的位姿和輔助 機能的時間序列。 Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 2.機器人編程語言的類型 （2）對象級（AML,AUTOPASS） 以描述物體間的關(guān)系為中心的語言。 特點： 運動控制 處理傳感器信息 通信和數(shù)字運算 具有和好的擴展性 利用知識庫和數(shù)據(jù)庫進行仿真。Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人

6、編程要求與語言類型 2.機器人編程語言的類型 （3）任務級（普渡大學,RCCL） 對工作任務所要達到的餓目標直接下命令。 Robot Programming 8.1 8.1 機器人編程要求與語言類型機器人編程要求與語言類型 2.機器人編程語言的類型 （4）決定編程語言具有不同設計特點的因素 語言模式 語言形式 幾何學數(shù)據(jù)形式 旋轉(zhuǎn)矩陣的規(guī)定與表示 控制結(jié)構(gòu) 控制多個機械手的能力 控制模式 運動形式 信號線 傳感器接口 支援模塊 調(diào)試性能 Robot Programming 8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 機器人語言操作系統(tǒng)的三個基本的操作狀態(tài)

7、： 監(jiān)控狀態(tài) 編輯狀態(tài) 執(zhí)行狀態(tài) Robot Programming 8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機器人編程語言的基本功能 （1）運算 解析幾何運算的計算工具包括 機械手解答及逆解答 坐標運算和位置表示 矢量運算 （2）決策 根據(jù)傳感器輸入信息作出決策。 條件轉(zhuǎn)移指令形式： 符號檢驗 關(guān)系檢驗 布爾檢驗 邏輯檢驗 集合檢驗 Robot Programming 8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機器人編程語言的基本功能 （3）通訊 機器人提供信息： 信號燈 字符顯示設備 圖形顯示設備 語言合成器及音響設備 人對機器人“說話”： 按鈕

8、鍵盤 光標及光筆 光學字符閱讀機 遠距離操縱主控裝置 其他；語音輸入輸出。Robot Programming 8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機器人編程語言的基本功能 （4）機械手運動 按提供的一組關(guān)節(jié)位置運動，或按工作空間內(nèi) 的一系列位置運動。 絕對運動和相對運動。 計算機引入，提高其工作能力。 （5）工具指令 直接控制，由某個開關(guān)或繼電器觸發(fā)。 采用工具功能控制器，進行復雜控制。 Robot Programming 8.2 8.2 機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機器人語言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機器人編程語言的基本功能 （6）傳感數(shù)據(jù)處理 內(nèi)體感受器 觸覺傳感器 距離傳感器 力

9、和力矩傳感器 視覺傳感器Robot Programming 8.3 8.3 常用的機器人編程語言常用的機器人編程語言 1.VAL語言（1979，美，Unimation公司） 用于 PUMA，UNIMATE2000，UNIMATE4000系列。 六種監(jiān)控指令： （1）定義位置，姿勢 （2）程序編程 （3）列表指令 （4）存儲指令 （5）控制程序執(zhí)行指令 （6）系統(tǒng)狀態(tài)控制Robot Programming 8.3 8.3 常用的機器人編程語言常用的機器人編程語言 2.SIGLA語言（70年代，意，OLIVETTI公司） 用于 直角坐標式的SIGLA型裝配機器人。 32個指令字，分為六類： （1）

10、輸入輸出指令 （2）邏輯指令 （3）幾何指令 （4）調(diào)子程序指令 （5）邏輯聯(lián)鎖指令 （6）編輯指令 另有9個控制定義字。 Robot Programming 8.3 8.3 常用的機器人編程語言常用的機器人編程語言 3.IML語言（日，九洲大學） 對末端執(zhí)行器進行編程的動作級語言。 物體位姿有六維矢量表示。 系統(tǒng)指令和用戶自定義指令。 其它特征： （1）描述往返操作可不用循環(huán)語句。 （2）可直接在工作坐標系內(nèi)使用。 （3）可將要示教的軌跡定義成指令，加入到語言 中，可體現(xiàn)力。Robot Programming 8.3 8.3 常用的機器人編程語言常用的機器人編程語言 4.AL語言（70年代，

11、美，斯坦福大學） 基于ALGOL，和PASCAL共用。 用于多機械手并行控制的編程。 基本功能語句： 標量 矢量 旋轉(zhuǎn) 坐標系 變換 塊結(jié)構(gòu)形式 運動語句 手的開合 兩物體結(jié)合的操作 力覺的處理功能 力的穩(wěn)定性控制 同時控制多個機械手 可使用子程序及數(shù)組 可與VAL語言進行信息交流 Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 1.機器人離線的特點和主要內(nèi)容 優(yōu)點： （1）減少機器人非工作時間。 （2）使編程者遠離危險。 （3）使用范圍廣。 （4）便于和CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合。 （5）可使用高級編程語言對復雜任務進行編程。 （6）便于修改機器人程序。Ro

12、bot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 1.機器人離線的特點和主要內(nèi)容 編程需考慮的內(nèi)容： （1）機器人工作過程的知識。 （2）機器人和工作環(huán)境三維實體模型。 （3）機器人幾何學，運動學和動力學知識。 （4）可進行運動圖形仿真。 （5）軌跡規(guī)劃和檢查算法。 （6）傳感器的接口和仿真。 （7）通訊功能。 （8）用戶接口。 另，減小仿真與實際間誤差。Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人

13、離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （1）用戶接口： 兩個接口，用于示教編程及語言編程。 重要部分：機器人語言。 對機器人系統(tǒng)進行圖形編輯。 （2）機器人系統(tǒng)的三維構(gòu)型 三種方式：結(jié)構(gòu)立體幾何表示。 掃描表示。 邊界表示。 采用零件和工具的CAD模型。 Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （3）運動學計算： 包括運動學正解及運動學反解兩部分。 運動學反解： 其與控制柜的聯(lián)系選擇， 直接輸入關(guān)節(jié)值。 輸入笛卡兒坐標值。 與控制柜通訊是的注意點，采用公式一致。 可行解確定準則一致。Robot Programming 8.4 8.4 機

14、器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （4）軌跡規(guī)劃： 兩種類型，自由移動。 依賴于軌跡的約束運動。 軌跡規(guī)劃算法，關(guān)節(jié)空間及笛卡兒空間的差補計算。 （5）動力學模型： 高速，重載下，防止較大誤差。 三類動力學模型，數(shù)字法。 符號法。 解析法。 Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （6）并行操作： 多臺機器人的協(xié)調(diào)工作。 一臺機器人與視覺系統(tǒng)相配合。 （7）傳感器的仿真： 主要是幾何模型間干涉，相交檢驗問題。 觸覺，接近覺及力覺傳感器的仿真。Robot Programming 8.4 8.4

15、 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （8）通訊接口： 把仿真生成的運動程序轉(zhuǎn)換成各種機器人控制 柜可接受的代碼。 方法一，選擇較為通用的語言，然后再對該語 言加工。 方法二，用翻譯系統(tǒng)將離線編程結(jié)果快速生成 機器人運動程序代碼。Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 2.機器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) （9）誤差的校正： 誤差原因 機器人 ，連桿制造誤差和關(guān)節(jié)偏置變化。 結(jié)構(gòu)剛度不足。 相同型號機器人的不一致性。 控制器的誤差。 編程系統(tǒng)，數(shù)字精度。 實際世界模型數(shù)據(jù)的質(zhì)量。 誤差校正 一 ，基準點方法。精度不高。 二 ，傳

16、感器反饋。精度教高。 Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 3.機器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS（1）HOLPSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 語言處理模塊 運動學及規(guī)劃模塊 三維構(gòu)型模塊 運動仿真模塊 通訊模塊 主控模塊 傳感器仿真模塊 Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 3.機器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS （2）HOLPSS系統(tǒng)的功能 一，三維幾何構(gòu)型 基本體的構(gòu)造 ：掃操作方法。 局部變形或集合運算。 機器人總體構(gòu)型：體素構(gòu)造和分級裝配。 二，運動的動態(tài)仿真和動畫技術(shù) Robot Programming 8.4 8.4 機器人的離線編程機器人的離線編程 3.機器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS （2）HOLPSS系統(tǒng)的功能 三，通訊及后置處理 兩種通訊方式 ：翻譯離線編程語言。 只輸入有關(guān)數(shù)據(jù)。 兩種傳送方式 ：接口總線。 磁盤。Robot Programming 8.4 8.4 機器人