(54)-第7章軌跡規(guī)劃與編程2

第7章機(jī)器人軌跡規(guī)劃與編程(2)通用計(jì)算機(jī)語言：匯編語言、C語言、Pasical語言、Fortran語言等。寫起來麻煩，可讀性差。機(jī)器人的基本操作并不多，如手爪的開閉等，是反復(fù)使用的。開發(fā)了各種機(jī)器人專用語言------機(jī)器人語言機(jī)器人語言-----人與機(jī)器人的交流---軟件部分正朝著統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展7.5工業(yè)機(jī)器人編程7.5.1工業(yè)機(jī)器人編程方式1.示教方式編程示教編成是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它是目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的編程方式。示教：操作者必須把機(jī)器人終端移動(dòng)至目標(biāo)位置，并把此位置對(duì)應(yīng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)角度信息記錄進(jìn)內(nèi)存儲(chǔ)器的過程。再現(xiàn)：當(dāng)要求復(fù)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)時(shí)，順序控制器從內(nèi)存讀出相應(yīng)位置，機(jī)器人就可重復(fù)示教時(shí)的軌跡和各種操作。這種方法編制程序是在機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的直接示教（手把手示教）：用戶使用安裝在機(jī)器人手臂內(nèi)的操縱桿（Joystick），按給定運(yùn)動(dòng)順序示教動(dòng)作內(nèi)容。示教方式間接示教（示教盒示教）：利用裝在示教盒上的按鈕驅(qū)動(dòng)機(jī)器人按需要的順序進(jìn)行操作。機(jī)器人每一個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)著示教盒上的一對(duì)按鈕，以分別控制該關(guān)節(jié)正反方向的運(yùn)動(dòng)。是目前廣泛使用的一種示教編程方式。關(guān)節(jié)坐標(biāo)系(JointCoordinates)直角坐標(biāo)系(RectangularCoordinates)工具坐標(biāo)系(ToolCoordinates)用戶（工作臺(tái)）坐標(biāo)系(UserCoordinates)操作者可以選擇在不同坐標(biāo)系下示教。例如：推薦：移動(dòng)---直角坐標(biāo)系；角度---工具坐標(biāo)系？？？編程占用機(jī)器人的作業(yè)時(shí)間；很難規(guī)劃復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡以及準(zhǔn)確的直線運(yùn)動(dòng)；難以與傳感信息相配合；難以與其它操作同步。示教編程的優(yōu)點(diǎn)只需要簡(jiǎn)單的設(shè)備和控制裝置即可進(jìn)行、操作簡(jiǎn)單，易于掌握；而且示教再現(xiàn)過程很快，示教之后馬上即可應(yīng)用。缺點(diǎn)：2．機(jī)器人語言編程用專用的機(jī)器人語言來描述機(jī)器人的動(dòng)作軌跡。實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編程，并可以引入傳感信息，從而提供一個(gè)更通用的方法來解決人一機(jī)器人通訊接口問題。3．離線編程離線編程是在專門的軟件環(huán)境支持下用專用或通用程序在離線情況下進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃編程的一種方法。離線編程程序通過支持軟件的解釋或編譯產(chǎn)生目標(biāo)程序代碼，最后生成機(jī)器人路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)。.機(jī)器人語言具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、容易擴(kuò)展、能夠?qū)υ捈昂?jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。從描述操作命令角度看，按照作業(yè)描述的功能水平，通常分三級(jí)：1、動(dòng)作級(jí)：以機(jī)器人末端執(zhí)行器來描述各種操作說明每一個(gè)動(dòng)作，如：moveto（destination）。這種語言在工業(yè)界常用，如VAL語言。特點(diǎn)：語句比較簡(jiǎn)單，易于編程。不能夠進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不能接受復(fù)雜的傳感器信息，僅能接傳傳感器的開關(guān)信號(hào)，并且和其它計(jì)算機(jī)的通信能力很差。7.5.2

機(jī)器人語言編程2、對(duì)象級(jí)：描述操作對(duì)象之間的關(guān)系和機(jī)器人與操作對(duì)象之間的關(guān)系，適于裝配作業(yè)。3、任務(wù)級(jí)：只需給出操作內(nèi)容，機(jī)器人一邊思考一邊工作。例如，當(dāng)發(fā)出“抓住螺栓的指令時(shí)，任務(wù)級(jí)語言系統(tǒng)能規(guī)劃一條運(yùn)動(dòng)的路徑，并做到與周圍任何一個(gè)障礙物不發(fā)生碰撞，然后自動(dòng)地在螺栓上途擇一個(gè)很好的抓著點(diǎn)，并且抓住它。功能水平最高，但還不夠?qū)嵱没?，仍處于發(fā)展階段。目前還沒有真正的任務(wù)級(jí)編程系統(tǒng)，但它是一個(gè)有實(shí)用意義的研究課題。工業(yè)界使用的機(jī)器人語言多數(shù)是動(dòng)作指示語言，研究單位研究開發(fā)的機(jī)器人語言多為作業(yè)指示語言。7.5.3機(jī)器人語言結(jié)構(gòu)和基本功能機(jī)器人語言系統(tǒng)的組成7.5.3機(jī)器人語言編程的基本功能（1）運(yùn)算功能（2）決策功能（3）通訊功能（4）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能（5）工具指令功能（6）傳感數(shù)據(jù)處理功能7.6.1VAL語言7.6工業(yè)機(jī)器人編程語言1979年美國(guó)Unimation公司推出的VAL語言，后來改進(jìn)為VAL-2。VAL語言是在BASIC語言的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的機(jī)器人語言，它具有BASIC式的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上添加了機(jī)器人編程指令和VAL監(jiān)控操作系統(tǒng)。

1.VAL語言的指令VAL語言的指令可分為兩類：程序指令和監(jiān)控指令。（1）程序指令①運(yùn)動(dòng)指令包括GO，MOVE，MOVEI，MOVES，DRAW，APPRO，PPROS，DEPART，DRIVE，READY，OPEN，OPENI，RELAX，GRASP，DELAY。②機(jī)器人位姿控制指令包括RIGHTY，LEFTY，ABOVE，BELOW，F(xiàn)LIP，NOFLIP。。。。4？WAIT1等待供給的部件。5？SPEED200標(biāo)準(zhǔn)速度的兩倍。6？APPROPART，50移動(dòng)到距部件PART位置50mm處。7？MOVESPART直線移動(dòng)到部件PART處。8？CLOSEI立即抓住部件。。。?！纠?-4】編制一個(gè)作業(yè)程序，要求機(jī)器人抓起送料器送來的部件，并送到檢查站，檢查站判斷部件是A類還是B類，然后根據(jù)判斷結(jié)果轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序7.7MOTOMAN機(jī)器人基本編程與操作正面有主電源開關(guān)、再現(xiàn)操作盒和示教編程器。再現(xiàn)操作盒再現(xiàn)機(jī)器人時(shí)所必須的操作鍵和按鈕7.7.1

XRC（NX100）控制器NX100控制柜有以下三種動(dòng)作模式

?示教模式

?再現(xiàn)模式

?遠(yuǎn)程模式三種安全模式

?操作模式

?編輯模式

?管理模式作用：1）點(diǎn)動(dòng)機(jī)器人2）編寫機(jī)器人程序3）試運(yùn)行程序4）生產(chǎn)運(yùn)行5）查閱機(jī)器人的狀態(tài)（I/O設(shè)置，位置，焊接電流）示教編程器(TeachPendant，TP)

XRC控制器的功能模塊：電源模塊、CPU模塊、I/O模塊和伺服驅(qū)動(dòng)模塊。XRC控制器的外部軸控制：除了控制本體的6個(gè)軸外，還提供15外部軸。外部軸的作用是與機(jī)器人本體相配合，是工件變位或移位，達(dá)到機(jī)器人的最佳作業(yè)位置。例如：在焊接應(yīng)用中可以增加二自由度的變位機(jī)使工件側(cè)面處于最佳焊接位置；增加x-y工作臺(tái)使機(jī)器人手部的行程范圍加大等；如果增加6個(gè)外部軸驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)機(jī)器人的本體，還可實(shí)現(xiàn)兩合機(jī)器人的雙機(jī)協(xié)調(diào)控制。7.7.2

示教-再現(xiàn)操作（1）打開控制柜上的【電源開關(guān)】示教盒上部的液晶顯示屏顯示控制器內(nèi)初始化診斷后的初始畫；開始顯示系統(tǒng)控制軟件菜單界面。（2）左手握示教盒上的【伺服安全開關(guān)】接通伺服電源，此時(shí)控制柜上的服電源指示燈亮。(3)按下示教盒上的示教鎖定操作鍵此時(shí)控制柜正面再現(xiàn)操作盒上【

REMOTE

】指示燈處于熄滅狀態(tài)。(4)按再現(xiàn)盒上的【

TEACH】鍵此時(shí)機(jī)器人即處于示教狀態(tài)。（一）開啟電源（二）手動(dòng)操作通常用多種坐標(biāo)系來操作機(jī)械手:

關(guān)節(jié)坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系用戶（工作臺(tái)）坐標(biāo)系在關(guān)節(jié)坐標(biāo)模式下，對(duì)機(jī)器人的S，L，U，R，B，T軸進(jìn)行單軸運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)坐標(biāo)下單軸控制1.關(guān)節(jié)坐標(biāo)系在直角坐標(biāo)模式下，可使機(jī)器人TCP沿x、y、z方向移動(dòng)和繞x、y、z

軸旋轉(zhuǎn)。2.直角坐標(biāo)系3.圓柱坐標(biāo)系在工具坐標(biāo)系模式下，把機(jī)器人腕部法蘭盤所握工具的有效方向定為Z軸，把坐標(biāo)定義在工具尖端點(diǎn)，所以工具坐標(biāo)的方向隨腕部的移動(dòng)而發(fā)生變化。在工具坐標(biāo)模式下各軸的動(dòng)作4.工具直角坐標(biāo)系工具坐標(biāo)的移動(dòng)，以工具的有效方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，與機(jī)器人的位置、姿勢(shì)無關(guān)，所以進(jìn)行相對(duì)于工件不改變工具姿勢(shì)的平行移動(dòng)操作時(shí)最為適宜。建立工具坐標(biāo)系的主要目的把控制點(diǎn)轉(zhuǎn)移到工具的尖端點(diǎn)上。工具尺寸的設(shè)定（相對(duì)于腕部）:工具文件的登錄工具文件的個(gè)數(shù)輸入坐標(biāo)值（例：x=0；y=0;z=5.0）工具校驗(yàn)是可以簡(jiǎn)單和正確的進(jìn)行尺寸信息輸入的功能。使用此功能可自動(dòng)算出工具控制點(diǎn)的位置，輸入到工具文件。通過示教，進(jìn)行工具校驗(yàn)，需以控制點(diǎn)為基準(zhǔn)示教5個(gè)不同的姿態(tài)(TC1至5)。工具校驗(yàn)安川機(jī)器人最多可登錄24個(gè)用戶坐標(biāo)系5.用戶坐標(biāo)系為何使用用戶坐標(biāo)系？有多個(gè)夾具臺(tái)時(shí)當(dāng)進(jìn)行排列或碼垛作業(yè)時(shí)傳送同步運(yùn)行時(shí)用戶坐標(biāo)的定義：

ORG、XX、XY為三個(gè)定義點(diǎn)。在示教過程中，通過運(yùn)動(dòng)指令將目的位置，插補(bǔ)方法，運(yùn)行速度等等信息存儲(chǔ)下來（告訴機(jī)器人）。（三）示教-再現(xiàn)主要插補(bǔ)指令：①M(fèi)OVJ關(guān)節(jié)插補(bǔ)：在機(jī)器人未規(guī)定采取何種軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用關(guān)節(jié)插補(bǔ)，以最高速度的百分比來表示再現(xiàn)速度，關(guān)節(jié)插補(bǔ)的效率最高；②

MOVL直線插補(bǔ)：機(jī)器人以直線軌跡運(yùn)動(dòng)，缺省單位為cm/min。直線插補(bǔ)常被用于焊接區(qū)間等的作業(yè)區(qū)間，且機(jī)器人在移動(dòng)過程中自動(dòng)改變手腕位置；③MOVC圓弧插補(bǔ)：機(jī)器人沿著用圓弧插補(bǔ)示教的三個(gè)程序點(diǎn)執(zhí)行圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)，再現(xiàn)速度的設(shè)定與直線插補(bǔ)相同；④MOVS自由曲線插補(bǔ)：對(duì)于有不規(guī)則形狀的曲線，使用自由曲線插補(bǔ)，再現(xiàn)速度的設(shè)定與直線插補(bǔ)相同。如何示教？示教的所有操作都通過操作示教盒下部的按鍵進(jìn)行；示教程序顯示在屏幕上。示教編程步驟：（1）用軸控鍵把機(jī)器人移動(dòng)到目標(biāo)位置；（2）按插補(bǔ)方式鍵，選擇插補(bǔ)方式，設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度；重復(fù)上述步驟，完成整個(gè)作業(yè)示教程序編寫。（告訴了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)的位姿、速度和插補(bǔ)方式信息）注：除運(yùn)動(dòng)指令外，對(duì)于不同作業(yè)的任務(wù)的機(jī)器人，程序中還應(yīng)插入相應(yīng)的操作指令。如：ARCON（引?。┖虯RCOF（息?。┲噶畹?。例：示教焊接工件程序行命令內(nèi)容說明0000NOP程序開始0001MOVJVJ=25.00移到待機(jī)位置程序點(diǎn)10002MOVJVJ=25.00移到焊接開始位置附近程序點(diǎn)20003MOVJVJ=12.5移到焊接開始位置程序點(diǎn)30004ARCON焊接開始0005MOVLV=50移到焊接結(jié)束位置程序點(diǎn)40006ARCOF焊接結(jié)束0007MOVJVJ=25.00移到不碰觸工件和夾具的位置程序點(diǎn)50008MOVJVJ=25.00移到待機(jī)位置程序點(diǎn)60009END程序結(jié)束如何再現(xiàn)？

再現(xiàn)前，先要釋放示教鎖定按鈕。按【

TEACHLOCK】鍵，使【

TEACHLOCK】鍵燈滅。連續(xù)運(yùn)行：按下【TEACHLOCK】鍵，在操作面板上按下【

PLAY】和【

SERVOONREADY】后，再按【SART】鍵，機(jī)器人連續(xù)再現(xiàn)所有程序點(diǎn)，一個(gè)循環(huán)后停止。單步運(yùn)行：（1）把光標(biāo)移到程序點(diǎn)1所在行；（2）手動(dòng)速度設(shè)為中速；（3）按【前進(jìn)】或【后退】鍵。機(jī)器人先前或后退移動(dòng)一個(gè)程序點(diǎn)。（4）程序點(diǎn)完成確認(rèn)后，機(jī)器人回到程序起始處。注：生成的程序還可以進(jìn)行點(diǎn)位置的修改、程序點(diǎn)插入或刪除等，方法請(qǐng)參閱相關(guān)資料。隨著機(jī)器人學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，回前已形成了高度自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和CAD／CAM技術(shù)的結(jié)合，其發(fā)展已形成了不可避兔的趨勢(shì)，這就是所謂的CAD/CAM／ROBOTICS－體化。在這樣的一體化的系統(tǒng)中，由于機(jī)器人工作環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)機(jī)器人及其工作環(huán)境乃至生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)仿真是必不可少的。機(jī)器人仿真系統(tǒng)的住務(wù)，就是在不接觸實(shí)際機(jī)器人及其工作環(huán)境的情況下，通過圖形技求，提供一個(gè)和機(jī)器人進(jìn)行交互作用的虛擬環(huán)境。7.7

工業(yè)機(jī)器人離線編程

與在變線示教編程相比，離線編程系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少機(jī)器人不工作的時(shí)間，當(dāng)對(duì)下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行編程時(shí)，機(jī)器人可仍在生產(chǎn)線上工作。（2）使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境。（3）使用范圍廣，離線編程系統(tǒng)可以對(duì)各種機(jī)器人進(jìn)行編程。（4）便于和CAD／CAM系統(tǒng)結(jié)合，做到CAD/CAM／ROBOTICS一體化。（5）可使用高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語言對(duì)復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程。（6）便于修改機(jī)器人程序。完整的機(jī)器人離線編程系統(tǒng)包括用戶接口機(jī)器人系統(tǒng)的三維幾何建模運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算軌跡規(guī)劃三維圖形動(dòng)態(tài)仿真通訊及后處理、誤差的