陳淥漪　管小清

[摘要]伴隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,機(jī)器人編程技術(shù)也得到發(fā)展和完善;機(jī)器人編程已成為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要部分;機(jī)器人的功能除了依靠機(jī)器人硬件的支持外,相當(dāng)一部分依賴機(jī)器人語(yǔ)言來(lái)完成。本文論述了機(jī)器人編程語(yǔ)言系統(tǒng)的組成,機(jī)器人的語(yǔ)言功能以及機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)等;在編程方法方面重點(diǎn)講述了如何確立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡和編程語(yǔ)言的規(guī)范,最后對(duì)比了兩種編程語(yǔ)言的特點(diǎn)并以實(shí)例講解。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)機(jī)器人 編程 示教

一、機(jī)器人編程語(yǔ)言系統(tǒng)的組成

機(jī)器人編程語(yǔ)言像一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),包括硬件、軟件和被控設(shè)備。即機(jī)器人語(yǔ)言包括語(yǔ)言本身、運(yùn)行語(yǔ)言的控制機(jī)、機(jī)器人、作業(yè)對(duì)象、周圍環(huán)境和外圍設(shè)備接口等。機(jī)器人編程語(yǔ)言系統(tǒng)的組成如圖1所示。圖中的箭頭表示信息的流向,機(jī)器人語(yǔ)言的所有指令均通過(guò)控制機(jī)經(jīng)過(guò)程序的編譯、解釋后發(fā)出控制信號(hào)。

控制機(jī)一方面向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動(dòng)控制信號(hào),另一方面,向外圍設(shè)備發(fā)控制信號(hào),外圍設(shè)備如機(jī)器人焊接系統(tǒng)中的電焊機(jī)以及機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)中的空壓機(jī)等。周圍環(huán)境通過(guò)感知系統(tǒng)把環(huán)境信息通過(guò)控制機(jī)反饋給語(yǔ)言,而這里的環(huán)境是指機(jī)器人作業(yè)空間內(nèi)的物體位置、姿態(tài)以及物體之間的相互關(guān)系。

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二、工業(yè)機(jī)器人的語(yǔ)言功能

1.運(yùn)算功能。運(yùn)算功能是機(jī)器人最重要的功能之一。對(duì)于裝有傳感器的機(jī)器人所進(jìn)行的主要是解析幾何運(yùn)算,包括機(jī)器人的正解、逆解、坐標(biāo)變換及矢量運(yùn)算等。根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果,機(jī)器人能自行決定工具或手爪下一步應(yīng)到達(dá)何處。

2.運(yùn)動(dòng)功能。運(yùn)動(dòng)功能是機(jī)器人最基本的功能。機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是用它來(lái)代替人的繁復(fù)勞動(dòng),因此機(jī)器人發(fā)展到今天,不管其功能多么復(fù)雜,動(dòng)作控制仍然是其基本功能,也是機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的基本功能。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能就是機(jī)器人語(yǔ)言用最簡(jiǎn)單的方法向各關(guān)節(jié)伺服裝置提供一系列關(guān)節(jié)位置及姿態(tài)信息,由伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

3.決策功能。所謂決策的能就是指機(jī)器人根據(jù)作業(yè)空間范圍內(nèi)的傳感信息不做任何運(yùn)算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉(zhuǎn)移指令由分支程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。條件滿足則執(zhí)行一個(gè)分支,不滿足則執(zhí)行另一個(gè)分支。

三、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)

要想操控機(jī)器人完全按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng),必須明確機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng),在什么情況下該用何種坐標(biāo)系。當(dāng)前的主流機(jī)器人都是采用6自由度,即6個(gè)能夠獨(dú)立活動(dòng)的坐標(biāo)軸,如圖2所示:

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機(jī)器人可以建立的坐標(biāo)系有“World坐標(biāo)系”,“Base坐標(biāo)系”,“Tool坐標(biāo)系”,“Axis軸坐標(biāo)系”四個(gè)。各個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的特點(diǎn)和用途均不一樣:Axis坐標(biāo)一般用來(lái)操作機(jī)器人的各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)(如果是六個(gè)自由度的機(jī)器人會(huì)有A1-A6六個(gè)軸,每個(gè)軸都有自己的旋轉(zhuǎn)方向和角度),機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中需要各個(gè)軸之間配合運(yùn)動(dòng),有旋轉(zhuǎn)也有直線等;World坐標(biāo)系統(tǒng)主要是在編程的時(shí)候用來(lái)標(biāo)定機(jī)器人的初始位置以及零點(diǎn)位置,該坐標(biāo)系統(tǒng)類似于空間三維坐標(biāo)系統(tǒng);Tool坐標(biāo)主要是機(jī)器人在進(jìn)行實(shí)際工作時(shí)的一個(gè)參照坐標(biāo)系,他的工具可以是夾具、焊鉗或者噴槍等;Base坐標(biāo)主要是機(jī)器人相對(duì)于自身的坐標(biāo)系統(tǒng),其原點(diǎn)一般在機(jī)器人底座的中心點(diǎn)。

四、工業(yè)機(jī)器人的編程

所有的機(jī)器人編程主要是從定義機(jī)器人運(yùn)行軌跡和運(yùn)行方式入手的。當(dāng)前主流的機(jī)器人都是采用定義三種軌跡方式:點(diǎn)到點(diǎn),直線和圓弧。

1.點(diǎn)到點(diǎn)的移動(dòng):工作空間內(nèi)機(jī)器人始終在兩點(diǎn)之間的定位,以最快的路徑進(jìn)行,而且所有的軸的移動(dòng)同時(shí)開始和結(jié)束,所有的軸必須同步;這時(shí)無(wú)法精確的預(yù)計(jì)機(jī)器人的軌跡。采用該語(yǔ)句進(jìn)行程序設(shè)計(jì)在實(shí)際操作過(guò)程中容易出現(xiàn)無(wú)法預(yù)知的運(yùn)動(dòng)軌跡,如圖3,容易造成一定的安全事故,因此,在編程的時(shí)候盡量不用或者少用該語(yǔ)句。

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2.線形移動(dòng):機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中,各轉(zhuǎn)軸之間將進(jìn)行配合,使得工具及工件參照點(diǎn)沿著一條通往目標(biāo)點(diǎn)的移動(dòng)。一般,當(dāng)必須按給定的速度沿著某條精確的軌跡抵達(dá)一個(gè)點(diǎn)或者如果因?yàn)榇嬖趯?duì)撞的方式而不同以點(diǎn)到點(diǎn)移動(dòng)的方式抵達(dá)某些點(diǎn)的時(shí)候,將采用線性移動(dòng)。一般有兩種移動(dòng)方式,分別為精確定位的移動(dòng)和軌跡逼近的移動(dòng),如圖4所示:

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