第七章 工業(yè)機器人的軌跡規(guī)劃及編程

1、工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院u軌跡規(guī)劃 軌跡規(guī)劃是指根據(jù)作業(yè)任務要求，確定軌跡參數(shù)并實時計算和生成運動軌跡。它是工業(yè)機器人控制的依據(jù)，所有控制的目的都在于精確實現(xiàn)所規(guī)劃的運動。u機器人語言u機器人離線編程 機器人具有可編程功能，因此需要用戶和機器人之間的接口。為了提高編程效率，出現(xiàn)了機器人編程語言，它以一種通用的方式解決了人一機通信問題。機器人離線編程系統(tǒng)是利用計算機圖形學，建立機器人編程環(huán)境，從而可以脫離機器人工作現(xiàn)場進行編程的系統(tǒng)。由于不占用機動時間，提高了設備利用率。而且由于離線編程本身就是CAD/CAM一體化的組成部分，有時可以直接利用CAD數(shù)據(jù)庫的信息，大

2、大減少了編程時間，提高了編程水平。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院一、引言指定工業(yè)機器人執(zhí)行某項操作作業(yè)附加一些約束條件軌跡的規(guī)劃和協(xié)調(diào)關(guān)節(jié)坐標空間直角坐標空間工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院引言軌跡規(guī)劃涉及下面三個問題：(1)要對機器人的任務進行描述，即對機器人的運動要對機器人的任務進行描述，即對機器人的運動軌跡進行描述。軌跡進行描述。軌跡規(guī)劃器具有簡化任務描述的功能，用戶不需要寫出進行某指定作業(yè)的運動軌跡函數(shù)表達式，只要求輸入有關(guān)路徑的若干約束及其簡單描述。至于規(guī)劃的細節(jié)問題則由系統(tǒng)本身去完成. (2)根據(jù)所確定的軌跡參數(shù)，如何在計算機內(nèi)部描

3、根據(jù)所確定的軌跡參數(shù)，如何在計算機內(nèi)部描述所要求的軌跡。這主要是選擇習慣規(guī)定以及合理述所要求的軌跡。這主要是選擇習慣規(guī)定以及合理的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題。 (3)對內(nèi)部描述的軌跡進行實際計算。通常是在運對內(nèi)部描述的軌跡進行實際計算。通常是在運行時間內(nèi)按一定的速率計算出位置、速度和加速度，行時間內(nèi)按一定的速率計算出位置、速度和加速度，生成運動軌跡。生成運動軌跡。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院二、軌跡規(guī)劃的一般性問題工業(yè)機器人的作業(yè)可以描述成工具坐標系T相對于工作坐標系S的一系列運動：工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院軌跡規(guī)劃的一般性問

4、題工具坐標系相對于工作坐標系的運動來描述作業(yè)路徑.把作業(yè)路徑的描述與具體的機器人、手爪或工具分離開來，形成了模型化的作業(yè)描述方法。從而使這種描述既適用于不同的機器人，也適用于同一機器人上裝夾不同規(guī)格的工具。機器人從初始狀態(tài)運動到終止狀態(tài)的作業(yè)，看成是工具坐標系從初始位置T0變化到終止位置Tf的坐標變換。變換包含了工具坐標系的位置和姿態(tài)的變化。在軌跡規(guī)劃中，也常用“點”這個詞來表示機器人的狀態(tài)，或用它來表示工具坐標系的位姿。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院軌跡規(guī)劃的一般性問題當需要更詳細地描述運動時，不僅要規(guī)定機器人的起始點和終止點，而且要給出介于起始點和終止點之間的中間

5、點，也稱路徑點路徑點。運動軌跡除了位姿約束外，還存在著各路徑點之間的時間分配問題分配問題。例如，在規(guī)定路徑的同時，必須給出兩個路徑點之間的運動時間。機器人的運動應當平穩(wěn)運動應當平穩(wěn)，不平穩(wěn)的運動將加劇機械部件的磨損，并導致機器人的振動和沖擊。一階導數(shù)一階導數(shù)(速度速度)，有時甚，有時甚至二階導數(shù)至二階導數(shù)(加速度加速度)也應也應該連續(xù)該連續(xù).工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院軌跡規(guī)劃的一般性問題軌跡規(guī)劃既可在關(guān)節(jié)空間關(guān)節(jié)空間中進行，也可在直角坐標空直角坐標空間間中進行。在關(guān)節(jié)空間中進行軌跡規(guī)劃是指將所有關(guān)節(jié)變量表示為時間的函數(shù)，用這些關(guān)節(jié)函數(shù)及其一階、二階導數(shù)描述機器人預

6、期的運動。在直角坐標空間中進行軌跡規(guī)劃，是指將手爪位姿、速度和加速度表示為時間的函數(shù)，而相應的關(guān)節(jié)位置、速度和加速度由手爪信息導出。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院三、關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃機器人作業(yè)路徑點通常由工具坐標系T相對于工作坐標系S)的位姿來表示，因此，在關(guān)節(jié)空間中進行軌跡規(guī)劃：u首先需要將每個作業(yè)路徑點向關(guān)節(jié)空間變換，即用逆運動學方法把路徑點轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度值，或稱關(guān)節(jié)路徑點；u然后，為每個關(guān)節(jié)相應的關(guān)節(jié)路徑點擬合光滑函數(shù)；這些關(guān)節(jié)函數(shù)分別描述了機器人各關(guān)節(jié)從起始點開始，依次通過路徑點，最后到達某目標點的運動軌跡。由于每個關(guān)節(jié)在相應路徑段運行的時間相同，這樣就保證

7、了所有關(guān)節(jié)都將同時到達路徑點和目標點，從而也保證了工具坐標系在各路徑點具有預期的位姿；工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃u關(guān)節(jié)空間中進行軌跡規(guī)劃，不需考慮直角坐標空間中兩個路徑點之間的軌跡形狀軌跡形狀，僅以關(guān)節(jié)角度的函數(shù)來描述機器人的軌跡，計算簡單、省時；u關(guān)節(jié)空間與直角坐標空間并不是連續(xù)的對應關(guān)系，關(guān)節(jié)空間內(nèi)不會發(fā)生機構(gòu)的奇異現(xiàn)象奇異現(xiàn)象，從而避免了在直角坐標空間規(guī)劃時所出現(xiàn)的關(guān)節(jié)速度失控問題； 在關(guān)節(jié)空間進行軌跡規(guī)劃，規(guī)劃路徑不是唯一規(guī)劃路徑不是唯一的。只要滿足路徑點上的約束條件，可以選取不同類型的關(guān)節(jié)角度函數(shù)，生成不同的軌跡。 工業(yè)機器人工業(yè)機器人

8、及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃當已知末端操作器的起始位姿和終止位姿時，由逆向運動學，即可求出對應于兩位姿的各個關(guān)節(jié)角度。因此，末端操作器實現(xiàn)兩位姿的運動軌跡描述，可在關(guān)節(jié)空間中用通過起始點關(guān)節(jié)角和終止點關(guān)節(jié)角的一個平滑軌跡函數(shù)(t)來表示；為了實現(xiàn)關(guān)節(jié)的平穩(wěn)運動，每個關(guān)節(jié)的軌跡函數(shù)(t)至少需要滿足四個約束條件：兩端點位置約束兩端點位置約束和兩端兩端點速度約束點速度約束。 1.三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃 端點位置約束是指起始位姿和終止位姿分別所對應的關(guān)節(jié)角度；三次多項式插值fft)00（）（為滿足關(guān)節(jié)運動速度

9、的連續(xù)性要求，在起始點和終止點的關(guān)節(jié)速度可簡單地設定為零，即；0)00ft（）（工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃上述給出的四個約束條件可以唯一地確定一個三次多項三次多項式插值運動過程中的關(guān)節(jié)速度和加速度則為：工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃為了求得三次多項式的系數(shù)，代以給定的約束條件，有方程組三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃求解上述方程組，可得三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃所以，對于初速及終速為零的

10、關(guān)節(jié)運動，滿足連續(xù)平穩(wěn)運動要求的三次多項式插值函數(shù)為三次多項式插值其關(guān)節(jié)角速度和角加速度表達式為工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃三次多項式插值的運動軌跡曲線三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃機器人作業(yè)除在A、B點有位姿要求外，在路徑點C、D也有位姿要求。對于這種情況，假如終端執(zhí)行器在路徑點停留，即各路徑點上速度為0，則軌跡規(guī)劃可連續(xù)直接使用前面介紹的三次多項式插值方法；但如果只是經(jīng)過，并不停留，就需要將前述方法推廣2.過路徑點的三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)

11、節(jié)空間的軌跡規(guī)劃在某段路徑上,“起始點”為0和0，終止點為f和f。這時，確定三次多項式系數(shù)的方法與前面所述的完全一致，只不過是速度約束條件變?yōu)槿味囗検讲逯礷ft)00（）（利用約束條件確定三次多項式系數(shù)，有下列方程組：工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃求解方程組三次多項式插值工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃l 如果機器人末端操作器在經(jīng)過路徑點時有速度要求，則可以利用此路徑點上的逆雅可比矩陣, 把該路徑點的直角坐標速度轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)坐標速度。軌跡規(guī)劃時則以此作為速度約束條件。三次多項式插值路徑點上的關(guān)節(jié)速度，可由以下

12、任一規(guī)則確定:l 如果某個路徑點是機器人的奇異點，即此點的逆雅可比不可求，這時就無法求關(guān)節(jié)速度了；l 此外，在求各點關(guān)節(jié)速度時，要逐點計算逆雅可比矩陣，并依此計算關(guān)節(jié)速度，耗時較多。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃l 由控制系統(tǒng)采用某種啟發(fā)式方法自動地選取合適的路徑點速度。三次多項式插值路徑點上的關(guān)節(jié)速度，可由以下任一規(guī)則確定:l 用三次多項式插值前，先假設各路徑點之間關(guān)節(jié)運動速度是均勻的，即圖中所示用直線段將這些路徑點依次連接起來。在各路徑點上的細實線在各路徑點上的細實線，其斜率表示過路徑點，其斜率表示過路徑點時的關(guān)節(jié)運動速度時的關(guān)節(jié)運動速度.l 規(guī)

13、則選定：如果相鄰線段的斜率在路徑點處改變符號，則速度選為零；如果相鄰線段斜率不改變符號，則選取路徑點兩側(cè)的線段斜率的平均值作為該點的速度。因此，只要給定路徑點，系統(tǒng)就能依此規(guī)則自動生成相應的路徑點速度。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃l 按照保證每個路徑點的加速度連續(xù)的原則，由控制系統(tǒng)自動地選擇路徑點的速度。三次多項式插值路徑點上的關(guān)節(jié)速度，可由以下任一規(guī)則確定:為此，可以設法用兩條三次曲線在路徑點處按一定規(guī)則連接起來，拼湊成所要求的軌跡。拼湊的約束條件是：連接處速度連續(xù)，而且加速度也連續(xù)。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院一、機

14、器人編程方式機器人編程，就是針對機器人為完成某項作業(yè)進行程序設計機器人的作業(yè)要求各不相同復雜的順序任務微型計算機編程能力與編程方式有很大關(guān)系特定環(huán)境中作決策接近自然語言接口實現(xiàn)各種機器人操作適應性作業(yè)能力人與機器人工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人編程方法三種形式：操作者必須把機器人終端移動至目標位置，并把此操作者必須把機器人終端移動至目標位置，并把此位置對應的機器人關(guān)節(jié)角度信息記錄進內(nèi)存儲器，這位置對應的機器人關(guān)節(jié)角度信息記錄進內(nèi)存儲器，這是是示教過程示教過程。1、示教編程當要求復現(xiàn)這些運動時，順序控制器從內(nèi)存讀出相當要求復現(xiàn)這些運動時，順序控制器從內(nèi)存讀出相應位

15、置，機器人就可重復示教時的軌跡和各種操作，應位置，機器人就可重復示教時的軌跡和各種操作，這是這是再現(xiàn)過程再現(xiàn)過程。手把手示教示教盒示教手把手示教要求用戶使用安裝在機器人手臂內(nèi)的操縱手把手示教要求用戶使用安裝在機器人手臂內(nèi)的操縱桿，按給定運動順序示教動作內(nèi)容。桿，按給定運動順序示教動作內(nèi)容。示教盒示教示教盒示教則是利用裝在控制盒上的按鈕驅(qū)動機器人則是利用裝在控制盒上的按鈕驅(qū)動機器人按需要的順序進行操作。按需要的順序進行操作。 機器人每一個關(guān)節(jié)對應著示教盒上的一對按鈕，以分別控制該關(guān)節(jié)正反方向的運動。示教盒示教方式一般用于大型機器人或危險作業(yè)條件下的機器人示教。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學

16、院及應用機電工程學院工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院示教編程優(yōu)點：只需要簡單的設備和控制裝置即可進行。只需要簡單的設備和控制裝置即可進行。操作簡單，易于掌握。操作簡單，易于掌握。示教再現(xiàn)過程很快，示教之后馬上即可應用。示教再現(xiàn)過程很快，示教之后馬上即可應用。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院示教編程缺點：編程占用機器人的作業(yè)時間；編程占用機器人的作業(yè)時間；很難規(guī)劃復雜的運動軌跡以及準確的直線運動；很難規(guī)劃復雜的運動軌跡以及準確的直線運動；難以與傳感信息相配合；難以與傳感信息相配合；難以與其他操作同步；難以與其他操作同步；工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機

17、電工程學院及應用機電工程學院機器人編程方法三種形式： 實現(xiàn)了計算機編程，并可以引人傳感信息，從而提實現(xiàn)了計算機編程，并可以引人傳感信息，從而提供一個更通用的方法來解決人一機器人通信接口問題。供一個更通用的方法來解決人一機器人通信接口問題。目前應用于目前應用于工業(yè)中的是動作級和對象級機器人語言工業(yè)中的是動作級和對象級機器人語言。2、機器人語言編程 用通用語言或?qū)ｉT語言預先進行程序設計，在離線用通用語言或?qū)ｉT語言預先進行程序設計，在離線的情況下進行軌跡規(guī)劃的編程方法。離線編程系統(tǒng)是的情況下進行軌跡規(guī)劃的編程方法。離線編程系統(tǒng)是基于基于CADCAD數(shù)據(jù)的圖形編程系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)的圖形編程系統(tǒng)。由于CA

18、DCAD技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展，機器人可以利用機器人可以利用CADCAD數(shù)據(jù)生成機器人路徑，這是集機數(shù)據(jù)生成機器人路徑，這是集機器人于器人于CIMSCIMS系統(tǒng)的必由之路。系統(tǒng)的必由之路。3、離線編程工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院二、機器人語言編程早期的工業(yè)機器人，由于完成的作業(yè)比較簡單，作業(yè)內(nèi)容改變不頻繁，采用固定程序控制或示教再現(xiàn)方法即可滿足要求，不存在語言問題。機器人本身的發(fā)展，計算機系統(tǒng)功能日益完善以及要求機器人作業(yè)內(nèi)容愈加復雜化，利用程序來控制機器人顯得越來越困難。編程過程過于復雜，使得在作業(yè)現(xiàn)場對付復雜作業(yè)十分困難。專用機器人語言描述作業(yè)控制機器人動作工業(yè)

19、機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程1973年，斯坦福大學人工智能研究室。(一)機器人語言的發(fā)展概況WAVE語言AL語言面向機器人語言美國IBM公司EMILY語言和ML語言裝配AUTOPASS1982年 AML語言1979年，美國Unimation公司VAL語言1984年VAL-8020#，美國Automatrix公司RAIL語言8020#，美國麥道公司MCL語言直角坐標機器人用于裝配作業(yè)幾何模型類任務進行半自動編程PUMAUnimate擴展BASIC簡單，易編程利用傳感器進行運動控制、數(shù)據(jù)處理利用傳感器信息檢測零件發(fā)展于數(shù)控語言APT機床及機器人組成的柔性加工單

20、元編程動作描述、力和接觸控制配合視覺系統(tǒng)可完成手眼協(xié)調(diào)編程工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程1、根據(jù)作業(yè)描述水平的高低分(二)機器人語言的分類（1）動作級機器人語言-VAL以機器人手爪的運動作為作業(yè)描述的中心用該級語言編寫的作業(yè)程序，通常由使機器人手爪從一個位置到另一個位置的一系列運動語句組成。動作級機器人語言的每一條語句對應于一個機器人動作。缺點是不能夠進行復雜的運算，僅能接受傳感器的開關(guān)信號，并且與其他計算機通訊的能力差。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程1、根據(jù)作業(yè)描述水平的高低分機器人語言的分類（2）對象級機器人語

21、言-AUTOPASS以近似自然語言的方式，按照作業(yè)對象的狀態(tài)變化來進行程序設計。以描述操作物體之間關(guān)系為中心的語言。它不需要去描述機器人手爪如何動作，只要由操作者給出作業(yè)本身的順序過程的描述及環(huán)境模型的描述，機器人即可自行決定如何動作。有處理傳感器信息的能力，可利用傳感器信息來修改、更新環(huán)境的描述和模型，也可以利用傳感器信息進行控制、測試和監(jiān)督。對象級語言具有良好的開放性，用戶可以根據(jù)應用的需要擴展語言功能。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程1、根據(jù)作業(yè)描述水平的高低分機器人語言的分類（3）任務級機器人語言最理想的機器人高級語言，是用被操作物體，而不是機器人

22、的動作來描述作業(yè)任務。使用者只要按某種原則給出作業(yè)起始狀態(tài)和作業(yè)目標狀態(tài)，機器人語言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境信息和知識庫、數(shù)據(jù)庫自動進行推理、計算，最后自動生成機器人詳細的動作、順序和相應數(shù)據(jù)。須具有判斷環(huán)境、描述環(huán)境的能力；同時，也必須有自動完成許多規(guī)劃任務的能力。當發(fā)出一條“抓住螺釘”的指令時，這種語言系統(tǒng)要能進行路徑尋找規(guī)劃，在復雜的環(huán)境中找到一條運動路徑，沿此路徑運動，機器人不會與周圍任何障礙物發(fā)生碰撞，并能自動進行工件抓取規(guī)劃，在螺釘上選取一個好的抓取位置，并把螺釘抓起。顯然，任務級語言的構(gòu)成是十分復雜的，它必須具有人工智能的推理系統(tǒng)和大型知識庫。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院

23、及應用機電工程學院機器人語言編程2、按表面形式分機器人語言的分類匯編型，如VAL語言；編譯型，如AI、LM語言；自然語言型，如AUTOPASS語言等；工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程機器人語言則包含語言本身、語言處理系統(tǒng)和機器人的工作環(huán)境模型三部分(三)機器人語言的特征機器人語言以程序的方式對機器人發(fā)出一系列控制命令，處理系統(tǒng)則將這些命令進行編譯和解釋，然后以機器人能接受的指令，控制機器人進行具體操作。環(huán)境模型是對機器人作業(yè)環(huán)境內(nèi)的物體位置、姿態(tài)以及物體之間關(guān)系的表示。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程1. 具有作業(yè)環(huán)境

24、和作業(yè)對象的描述性。(三)機器人語言的特征（1）環(huán)境輸入：視機器人語言水平不同，輸入方法也不相同。目前的輸入方法一般是由操作者與計算機的人機對話來進行的。將來隨著視覺技術(shù)的發(fā)展，可能由機器人視覺的方法自動生成。（2）環(huán)境建模：進行機器人編程時，需要描述物體三維空間的幾何關(guān)系的語言，對操作物體的位置和姿態(tài)，操作物體之間的關(guān)系進行描述，并使之模型化。（2）環(huán)境模型的修改、更新。在作業(yè)過程中，操作物體的位置、姿態(tài)以及它們之間的關(guān)系一般隨著作業(yè)而發(fā)生改變，語言系統(tǒng)要根據(jù)操作情況的變化來改變環(huán)境模型的內(nèi)容。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程2. 具有作業(yè)內(nèi)容的描述性(

25、三)機器人語言的特征不管作業(yè)內(nèi)容如何復雜，都要能用機器人語言準確進行描述?？梢杂谜Z句命令，也可以用自然語言形式來描述。作業(yè)的描述與環(huán)境有密切聯(lián)系，而且描述的水平?jīng)Q定了機器人語言水平。目前的機器人語言一般需要給出作業(yè)順序，使用的方法是通過利用語法和語義定義完善的輸入語言，由它給出作業(yè)步驟。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程3. 具有良好的編程環(huán)境(三)機器人語言的特征與通用計算機高級語言一樣，良好的編程環(huán)境有助于提高編程效率。編程基礎軟件，如文本編輯、調(diào)試程序和文件系統(tǒng)等都是必不可少的。由于對機器人編程，調(diào)試工作相當麻煩，除了要保證機器人運動順序正確，還要保證

26、運動的精度，反復調(diào)試不可避免，所以總希望采用方便的交互式編程方法。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人語言編程4. 具有人機接口和傳感器接口功能(三)機器人語言的特征 在編制程序和作業(yè)過程中，要便于人與機器人之間進行信息交換，以及在運動出現(xiàn)故障時能及時處理。隨著作業(yè)環(huán)境和作業(yè)內(nèi)容復雜程度的增加，需要有功能強大的人機接口。利用傳感器接口，對傳感器的信息進行綜合，提供決策和控制命令。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院二、機器人離線編程（一）離線編程的概念第一代工業(yè)機器人采用示教編程方式，無論是采用手把手示教或控制盒示教，都需要機器人停止原來的工作。而

27、再現(xiàn)時若不能滿足要求，還需反復進行示教。進行一項任務之前，-在現(xiàn)場編程過程要花費很多時間，這對于大批量生產(chǎn)的簡單作業(yè)，基本還能滿足要求。但是，隨著機器人應用到中小批量生產(chǎn)，以及要求完成任務的復雜程度的增加，用示教編程方式就很難適應了。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院二、機器人離線編程（一）離線編程的概念隨著計算機技術(shù)和機器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人與CADCAM技術(shù)結(jié)合，已形成生產(chǎn)效率很高的柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。這些系統(tǒng)中大量采用工業(yè)機器人，具有很高的適用性和靈活性。在這樣的環(huán)境中，若仍采用示教編程方式，當對某臺機器人進行編程或修改程序時

28、，就得讓上整個生產(chǎn)線都停頓下來 。在復雜環(huán)境中工作的機器人，在實際使用之前，對機器人及其工作環(huán)境乃至生產(chǎn)過程的計算機仿真是必不可少的。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人離線編程（一）離線編程的概念離線編程與機器人語言編程。語言編程目前是動作級機器人語言和對象級機器人語言，編程工作非常繁重。離線編程可以看作動作級和對象級語言圖形方式的延伸，是研制任務級語言編程的重要基礎。機器人離線編程就是利用計算機圖形學的成果，建立機器人及作業(yè)環(huán)境的三維幾何模型, 然后對機器人所要完成的任務進行離線規(guī)劃和編程，并對編程結(jié)果進行動態(tài)圖形仿真，最后將滿足要求的編程結(jié)果傳到機器人控制柜，使

29、機器人完成指定的作業(yè)任務。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人離線編程（二）離線編程系統(tǒng)的一般要求工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)的一個重要特點是能夠和CADCAM建立聯(lián)系，能夠利用CAD數(shù)據(jù)庫的資料。對于一個簡單的機器人作業(yè)，幾乎可以直接利用CAD對零件的描述來實現(xiàn)編程。工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人離線編程（二）離線編程系統(tǒng)的一般要求l對將要編程的生產(chǎn)系統(tǒng)工作過程的全面了解；l機器人和工作環(huán)境三維實體模型；l機器人幾何學、運動學和動力學的知識；l能用專門語言或通用語言編寫出基于(1)、(2)、(3)的軟件系統(tǒng)，要求該系統(tǒng)是基于圖形顯示的；l能用計算機構(gòu)型系統(tǒng)進行動態(tài)模擬仿真，對運動程序進行測試，并檢測算法，如檢查機器人關(guān)節(jié)角超限，運動軌跡是否正確，以及進行碰撞的檢測；工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院工業(yè)機器人工業(yè)機器人及應用機電工程學院及應用機電工程學院機器人離線編程（二）離線編程系統(tǒng)的一般要求l傳感