工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 課件 第6、7章 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試

目錄第一章工業(yè)機(jī)器人概論第二章工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)第四章工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)第六章

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第七章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要內(nèi)容

6.1

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成（掌握）

6.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（掌握）

6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器（了解）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成

工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要達(dá)到的功能（1）記憶功能

存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。（2）示教功能

離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。（3）與外圍設(shè)備聯(lián)系功能

輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。（4）坐標(biāo)設(shè)置功能

有關(guān)節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要達(dá)到的功能（5）人機(jī)接口

示教盒、操作面板、顯示屏。（6）傳感器接口

位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。（7）位置伺服功能

機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)?。?）故障診斷安全保護(hù)功能

運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成（1）控制計(jì)算機(jī)

控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。（2）示教盒

示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。（3）操作面板

由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。（4）硬盤和軟盤存儲(chǔ)存

儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出

各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成（6）打印機(jī)接口

記錄需要輸出的各種信息。（7）傳感器接口

用于信息的自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。（8）軸控制器

完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。（9）輔助設(shè)備控制

用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。（10）通信接口實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成（11）網(wǎng)絡(luò)接口1）Ethernet接口可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人的直接PC通信，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后，支持TCP/IP通信協(xié)議，通過Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。2）Fieldbus接口支持多種流行的現(xiàn)場總線規(guī)格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成3.ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本組成3.ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本參數(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

性能

控制硬件多處理器系統(tǒng)PCI總線PentiumCPU大容量U盤或硬盤應(yīng)對斷電的能量務(wù)份USB存儲(chǔ)接口

控制軟件目標(biāo)化數(shù)據(jù)高級(jí)RAPID機(jī)器人語言編程便攜式、開放式、可擴(kuò)容PC-DOS文件格式ROBOTWARE軟件產(chǎn)品預(yù)裝軟件，另有CD-ROM可供安裝電器連接電源電壓200-600V，50-60Hz一體化變壓器或直接電網(wǎng)連接物理數(shù)據(jù)控制模塊尺寸：625×700×700重量：105Kg驅(qū)動(dòng)模塊尺寸：625×700×700重量：145Kg

使用環(huán)境環(huán)境溫度5-45℃（41-25℉）可選﹥45℃環(huán)境相對濕度最大95%保護(hù)等級(jí)IP54安全達(dá)標(biāo)等級(jí)機(jī)器規(guī)定98/47/EC附錄IIBEN60204ISO10218EN775ANSI/RIA15.06/1999ANSI/UL1740-1998(可選)

用戶界面控制面板機(jī)箱或者遙控FLEXPENDANT示教器重1.3Kg圖形化彩色觸摸屏操縱桿和急停裝置僅8個(gè)按鍵維護(hù)狀態(tài)顯示LED自動(dòng)診斷軟件恢復(fù)程序帶時(shí)間標(biāo)記的信息記錄安全性安全停止和緊急停止裝置帶監(jiān)督功能的2通道安全回路3位啟動(dòng)裝置

機(jī)器界面輸入和輸出最多1024個(gè)信號(hào)數(shù)字24V直流或繼電器信號(hào)模擬2×0－10V，3×±10V,1×4－20mA串行通道1×RS232/RS422網(wǎng)絡(luò)通道2條以太網(wǎng)服務(wù)器和LAN現(xiàn)場總線掃描器DeviceNet,Interbus,ProfibusDP,DeviceNet網(wǎng)關(guān)，Alllen-Bradley遠(yuǎn)程I/O,CC_Link.離散型I/O16進(jìn)16出24VDC100mA過程編碼器過程接口最多6條通道，上臂預(yù)留通信與信息接口，控制器內(nèi)預(yù)留其他設(shè)備空間6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（1）程序控制系統(tǒng)

一個(gè)自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求的空間軌跡。（2）自適應(yīng)控制系統(tǒng)

界條件變化時(shí)，為保證所要求的品質(zhì)或?yàn)榱穗S著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調(diào)整非線性模型的參數(shù)，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變。（3）人工智能系統(tǒng)無法編制運(yùn)動(dòng)程序，而是要求在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用。(驅(qū)動(dòng)方式：參見工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)方式：參見工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng))工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（4）點(diǎn)位式

機(jī)器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的位姿，而與路徑無關(guān)；（5）軌跡式

機(jī)器人按示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。（6）控制總線

標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)。采用國際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。（7）自定義總線控制系統(tǒng)

產(chǎn)廠家自行定義使用的總線作為控制系統(tǒng)總線。（8）編程方式

設(shè)置編程系統(tǒng)由操作者設(shè)置固定的限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（9）在線編程

通過人的示教來完成操作信息的記憶過程編程方式，包括直接示教（即手把手示教）模擬示教和示教盒示教。（10）離線編程

不對實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人直接示教，而是脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境，生成示教程序，通過使用高級(jí)機(jī)器人，編程語言，遠(yuǎn)程式離線生成機(jī)器人作業(yè)軌跡。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。1.集中控制系統(tǒng)(CentralizedControlSystem)用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，在早期的機(jī)器人中常采用這種結(jié)構(gòu)?；赑C的集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC資源開放性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很好的開放性：多種控制卡，傳感器設(shè)備等都可以通過標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或通過標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。1.集中控制系統(tǒng)(CentralizedControlSystem)集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。其缺點(diǎn)也顯而易見:系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重;由于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算，會(huì)降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突；此外，系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。2.主從控制系統(tǒng)采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。3.分散控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略，各模式之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。這種方式實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。3.分散控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)主要思想是“分散控制，集中管理”，即系統(tǒng)對其總體目標(biāo)和任務(wù)可以進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，并通過子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來完成控制任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)在功能、邏輯和物理等方面都是分散的，所以DCS系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)中，子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對象或設(shè)備構(gòu)成的，各個(gè)子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)等相互通訊。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開放、實(shí)時(shí)、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級(jí)控制方式。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。3.分散控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)，通常由上位機(jī)、下為機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成。上位機(jī)可以進(jìn)行不同的軌跡規(guī)劃和控制算法，下位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分、控制優(yōu)化等的研究和實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)和下位機(jī)通過通訊總線相互協(xié)調(diào)工作，這里的通訊總線可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB總線等形式?，F(xiàn)在，以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更快速、穩(wěn)定、有效的通訊服務(wù)。尤其是現(xiàn)場總線，它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信，從而形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)—現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FiledbusControlSystem)。從系統(tǒng)論的角度來說，工業(yè)機(jī)器人作為工廠的生產(chǎn)設(shè)備之一，也可以歸納為現(xiàn)場設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為以下三類。3.分散控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行，提高系統(tǒng)的處理效率，縮短響應(yīng)時(shí)間。對于具有多自由度的工業(yè)機(jī)器人而言，集中控制對各個(gè)控制軸之間的藕合關(guān)系處理得很好，可以很簡單的進(jìn)行補(bǔ)償。但是，當(dāng)軸的數(shù)量增加到使控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，其控制性能會(huì)惡化。而且，當(dāng)系統(tǒng)中軸的數(shù)量或控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)。與之相比，分布式結(jié)構(gòu)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都由一個(gè)控制器處理，這意味著，系統(tǒng)有較少的軸間禍合和較高的系統(tǒng)重構(gòu)性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1.ABB機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2.ABB機(jī)器人主控制器特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3.ABB機(jī)器人通信方式工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)完善的通信功能是ABB機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。其IRC5控制器的PCI擴(kuò)展槽中可以安裝幾乎任何常見類型的現(xiàn)場總線板卡，包括滿足ODVA標(biāo)準(zhǔn)可使用眾多第三方裝置的單信道DeviceNet，支持最高速率為12Mbps的雙信道ProfibusDP以及可使用銅線和光纖接口的雙信道Interbus。6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4.ABB機(jī)器人模塊化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制模塊作為IRC5的心臟，自帶主計(jì)算機(jī)，能夠執(zhí)行高級(jí)控制算法，為多達(dá)36個(gè)伺服軸進(jìn)行MultiMove路徑計(jì)算，并且可指揮四個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。控制模塊采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，配備基于商用Intel主板和處理器的工業(yè)PC機(jī)以及PCI總線。由于采用標(biāo)準(zhǔn)組件，用戶不必?fù)?dān)心設(shè)備淘汰問題，隨著計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的進(jìn)步能隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備升級(jí)。6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)5.ABB機(jī)器人可擴(kuò)展性工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.ABB機(jī)器人示教器工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)7.ABB機(jī)器人基于PC的操作工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)8.ABB機(jī)器人虛擬機(jī)器人技術(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.2

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)6.2.3ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)9.ABB機(jī)器人特色軟件包工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器工業(yè)機(jī)器人控制器可進(jìn)行多個(gè)任務(wù)操作，具有豐富的網(wǎng)絡(luò)通信功能：RS-232、RS-485、以太網(wǎng)通信功能，機(jī)器人動(dòng)作與通信并行處理，無通信時(shí)間的浪費(fèi)，生產(chǎn)效率更加提高。6.3.1工業(yè)機(jī)器人控制器功能（1）多任務(wù)功能（2）一臺(tái)機(jī)器人可進(jìn)行多個(gè)任務(wù)的操作；（3）網(wǎng)絡(luò)功能（4）具有豐富的網(wǎng)絡(luò)通信功能：RS-232、RS-485、以太網(wǎng)通信功能，機(jī)器人動(dòng)作與通信并行處理，無通信時(shí)間的浪費(fèi)，生產(chǎn)效率更加提高；（5）操作歷史記錄功能工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.1工業(yè)機(jī)器人控制器功能（6）可記錄機(jī)器人的工作情況，以便于機(jī)器人的管理和維護(hù)；（7）海量存儲(chǔ)（8）大容量存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)更多的程序和更多的歷史使用信息；（9）用戶接口豐富（10）具有鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器和USB接口，控制器可作為一臺(tái)電腦使用，方便用戶操作。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器從世界上第一臺(tái)遙控機(jī)械手的誕生至今已有50年了，在這短短的幾年里，伴隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制理論的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的需要及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)歷了3代：(1)可編程的示教再現(xiàn)型機(jī)器人；(2)基于傳感器控制具有一定自主能力的機(jī)器人；(3)智能機(jī)器人。作為機(jī)器人的核心部分，機(jī)器人控制器是影響機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分之一。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，它是機(jī)器人的心臟，決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。從機(jī)器人控制算法的處理方式來看，可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型。1.串行處理結(jié)構(gòu)所謂的串行處理結(jié)構(gòu)是指機(jī)器人的控制算法是由串行機(jī)來處理。對于這種類型的控制器，從計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式來劃分，又可分為以下幾種。（1）單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式用一臺(tái)功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能。在早期的機(jī)器人中，如Hero-I,Robot-I等，就采用這種結(jié)構(gòu)，但控制過程中需要許多計(jì)算（如坐標(biāo)變換），因此這種控制結(jié)構(gòu)速度較慢。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器串行處理結(jié)構(gòu)（2）二級(jí)CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式一級(jí)CPU為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)器人語言編譯和人機(jī)接口功能，同時(shí)也利用它的運(yùn)算能力完成坐標(biāo)變換、軌跡插補(bǔ)，并定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的增量送到公用內(nèi)存，供二級(jí)CPU讀?。欢?jí)CPU完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。這類系統(tǒng)的兩個(gè)CPU總線之間基本沒有聯(lián)系，僅通過公用內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，是一個(gè)松耦合的關(guān)系。對采用更多的CPU進(jìn)一步分散功能是很困難的。日本于70年代生產(chǎn)的Motoman機(jī)器人（5關(guān)節(jié)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就屬于這種主從式結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器串行處理結(jié)構(gòu)（3）多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式目前，普遍采用這種上、下位機(jī)二級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃等。下位機(jī)由多CPU組成，每個(gè)CPU控制一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這些CPU和主控機(jī)聯(lián)系是通過總線形式的緊耦合。這種結(jié)構(gòu)的控制器工作速度和控制性能明顯提高。但這些多CPU系統(tǒng)共有的特征都是針對具體問題而采用的功能分布式結(jié)構(gòu)，即每個(gè)處理器承擔(dān)固定任務(wù)。目前世界上大多數(shù)商品化機(jī)器人控制器都是這種結(jié)構(gòu)。

控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的位置控制部分，幾乎無例外地采用數(shù)字式位置控制。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器2.并行處理結(jié)構(gòu)（3）多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式并行處理技術(shù)是提高計(jì)算速度的一個(gè)重要而有效的手段，能滿足機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性要求。從文獻(xiàn)來看，關(guān)于機(jī)器人控制器并行處理技術(shù)，人們研究較多的是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的并行算法及其實(shí)現(xiàn)。1982年J.Y.S.Luh首次提出機(jī)器人動(dòng)力學(xué)并行處理問題，這是因?yàn)殛P(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程是一組非線性強(qiáng)耦合的二階微分方程，計(jì)算十分復(fù)雜。提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)算法計(jì)算速度也為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法如：計(jì)算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法等打下基礎(chǔ)。開發(fā)并行算法的途徑之一就是改造串行算法，使之并行化，然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu)。一般有兩種方式，一是考慮給定的并行處理器結(jié)構(gòu)，根據(jù)處理器結(jié)構(gòu)所支持的計(jì)算模型，開發(fā)算法的并行性；二是首先開發(fā)算法的并行性，然后設(shè)計(jì)支持該算法的并行處理器結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳并行效率。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器2.并行處理結(jié)構(gòu)構(gòu)造并行處理結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般采用以下方式：（1）開發(fā)機(jī)器人控制專用VLSI設(shè)計(jì)專用VLSI能充分利用機(jī)器人控制算法的并行性，依靠芯片內(nèi)的并行體系結(jié)構(gòu)易于解決機(jī)器人控制算法中大量出現(xiàn)的計(jì)算，能大大提高運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算速度。但由于芯片是根據(jù)具體的算法來設(shè)計(jì)的，當(dāng)算法改變時(shí)，芯片則不能使用，因此采用這種方式構(gòu)造的控制器不通用，更不利于系統(tǒng)的維護(hù)與開發(fā)。（2）利用通用的微處理器利用通用微處理器構(gòu)成并行處理結(jié)構(gòu)，支持計(jì)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制策略在線實(shí)時(shí)計(jì)算。如文獻(xiàn)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人常用控制器3.機(jī)器人控制器存在的問題綜合起來，現(xiàn)有機(jī)器人控制器存在很多問題，如：（1）開放性差局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu)。封閉的控制器結(jié)構(gòu)使其具有特定的功能、適應(yīng)于特定的環(huán)境，不便于對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)。（2）軟件獨(dú)立性差軟件結(jié)構(gòu)及其邏輯結(jié)構(gòu)依賴于處理器硬件，難以在不同的系統(tǒng)間移植。（3）容錯(cuò)性差由于并行計(jì)算中的數(shù)據(jù)相關(guān)性、通訊及同步等內(nèi)在特點(diǎn)，控制器的容錯(cuò)性能變差，其中一個(gè)處理器出故障可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器3.機(jī)器人控制器存在的問題（4）擴(kuò)展性差目前，機(jī)器人控制器的研究著重于從關(guān)節(jié)這一級(jí)來改善和提高系統(tǒng)的性能。由于結(jié)構(gòu)的封閉性，難以根據(jù)需要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，如增加傳感器控制等功能模塊。（5）缺少網(wǎng)絡(luò)功能現(xiàn)在幾乎所有的機(jī)器人控制器都沒有網(wǎng)絡(luò)功能?？偲饋砜?，前面提到的無論串行結(jié)構(gòu)還是并行結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器都不是開放式結(jié)構(gòu)，無論從軟件還是硬件都難以擴(kuò)充和更改。例如，商品化的Motoman機(jī)器人的控制器是不開放的，用戶難以根據(jù)自己需要對其修改、擴(kuò)充功能，通常的做法是對其詳細(xì)解剖分析，然后對其改造。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器4.機(jī)器人控制器的展望針對結(jié)構(gòu)封閉的機(jī)器人控制器的缺陷，開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器”是當(dāng)前機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器，如日本安川公司基于PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能的機(jī)器人控制器。我國863計(jì)劃智能機(jī)器人主題也已對這方面的研究立項(xiàng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器4.機(jī)器人控制器的展望開放式結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器是指：控制器設(shè)計(jì)的各個(gè)層次對用戶開放，用戶可以方便的擴(kuò)展和改進(jìn)其性能。其主要思想是：（1）利用基于非封閉式計(jì)算機(jī)平臺(tái)的開發(fā)系統(tǒng)，如Sun,SGI,PC's.有效利用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟、硬件資源為控制器擴(kuò)展創(chuàng)造條件。（2）利用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)，如Unix、Vxwork和標(biāo)準(zhǔn)的控制語言，如C，C++.采用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)和控制語言，從而可以改變各種專用機(jī)器人語言并存且互不兼容的局面。（3）采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，使得為擴(kuò)展控制器性能而必須的硬件，如各種傳感器，I/O板、運(yùn)動(dòng)控制板可以很容易的集成到原系統(tǒng)。（4）利用網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)資源共享或遠(yuǎn)程通訊。目前，幾乎所有的控制器都沒有網(wǎng)絡(luò)功能，利用網(wǎng)絡(luò)通訊功能可以提高系統(tǒng)變化的柔性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器4.機(jī)器人控制器的展望新型的機(jī)器人控制器應(yīng)有以下特色：（1）開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放式軟件、硬件結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要方便的擴(kuò)充功能，使其適用不同類型機(jī)器人或機(jī)器人化自動(dòng)生產(chǎn)線。（2）合理的模塊化設(shè)計(jì)對硬件來說，根據(jù)系統(tǒng)要求和電氣特性，按模塊化設(shè)計(jì)，這不僅方便安裝和維護(hù)，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也更為緊湊。（3）有效的任務(wù)劃分不同的子任務(wù)由不同的功能模塊實(shí)現(xiàn)，以利于修改、添加、配置功能。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器4.機(jī)器人控制器的展望新型的機(jī)器人控制器應(yīng)有以下特色：（4）實(shí)時(shí)性、多任務(wù)要求機(jī)器人控制器必須能在確定的時(shí)間內(nèi)完成對外部中斷的處理，并且可以使多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行。（5）網(wǎng)絡(luò)通訊功能利用網(wǎng)絡(luò)通訊的功能，以便于實(shí)現(xiàn)資源共享或多臺(tái)機(jī)器人協(xié)同工作。（6）形象直觀的人機(jī)接口工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)6.3工業(yè)機(jī)器人常用的控制器4.機(jī)器人控制器的展望另外，機(jī)器人控制器中，運(yùn)動(dòng)控制板是必不可少的。由于機(jī)器人性能的不同，對運(yùn)動(dòng)控制板的要求也不同。美國DeltaTau公司推出的PMAC（ProgrammableMulti-axiesController）在國內(nèi)外引起重視。PMAC是一種功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器，它全面地開發(fā)了DSP技術(shù)的強(qiáng)大功能，為用戶提供了很強(qiáng)的功能和很大的靈活性。借助于Motorola公司的DSP56001數(shù)字信號(hào)處理器，PMAC可以同時(shí)操縱1～8軸，比起其他運(yùn)動(dòng)控制板來說，有很多可取之處。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)習(xí)題1.工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的基本組成有哪些？各自起什么作用？2.機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為哪三類？3.工業(yè)機(jī)器人控制器功能主要有哪些？4.什么叫機(jī)器人控制器，它在工業(yè)機(jī)器人里起什么作用？5.目前機(jī)器人控制器主要存在有哪些問題？6.新型機(jī)器人控制器主要特色體現(xiàn)在哪些方面？工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

目錄第一章工業(yè)機(jī)器人概論第二章工業(yè)機(jī)器人的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)第四章工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)第五章工業(yè)機(jī)器人的感知系統(tǒng)第六章工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第七章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試主要內(nèi)容

7.1

機(jī)器人編程要求與語言類型（掌握）

7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能（了解）

7.3常用的機(jī)器人編程語言（了解）7.4機(jī)器人的示教編程與離線編程（掌握）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)概述：機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)一定的動(dòng)作和功能，除了依靠機(jī)器人的硬件支撐外，相當(dāng)一部分是是靠編程來完成的。伴隨著機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人編程技術(shù)也得到了不斷完善，現(xiàn)已成為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。機(jī)器人編程是使用某種特定語言來描述機(jī)器人動(dòng)作軌跡，它通過對機(jī)器人動(dòng)作的描述，使機(jī)器人按照既定運(yùn)動(dòng)和作業(yè)指令完成編程者想要的各種操作。7.1機(jī)器人編程要求與語言類型目前工業(yè)機(jī)器人常用編程方法有示教編程和離線編程兩種。一般在調(diào)試階段，可以通過示教盒對編譯好的程序進(jìn)行逐步執(zhí)行、檢查、修正，等程序完全調(diào)試成功后，即可投入正式使用。不管使用何種語言，機(jī)器人編程過程都要求能夠通過語言進(jìn)行程序的編譯，能夠把機(jī)器人的源程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，以便機(jī)器人控制系統(tǒng)能直接讀取和執(zhí)行。一般情況下，機(jī)器人的編程系統(tǒng)必須做到以下幾點(diǎn)：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1機(jī)器人編程要求與語言類型一般情況下，機(jī)器人的編程要求必須做到以下幾點(diǎn)：1．能夠建立世界坐標(biāo)系在進(jìn)行機(jī)器人編程時(shí)，需要一種描述物體在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式，因此要給機(jī)器人及其相關(guān)物體建立一個(gè)基礎(chǔ)坐標(biāo)系。這個(gè)坐標(biāo)系與大地相連，也稱世界坐標(biāo)系。為了方便機(jī)器人工作，也可以建立其他坐標(biāo)系，但需要同時(shí)建立這些坐標(biāo)系與機(jī)座坐標(biāo)系的變換關(guān)系。機(jī)器人編程系統(tǒng)應(yīng)具有在各種坐標(biāo)系下描述物體位姿的能力和建模能力。2．能夠描述機(jī)器人作業(yè)機(jī)器人作業(yè)的描述與其環(huán)境模型密切相關(guān)，編程語言水平?jīng)Q定了描述水平。現(xiàn)有的機(jī)器人語言需要給出作業(yè)順序，由語法和詞法定義輸入語句，并由它描述整個(gè)作業(yè)過程。例如，裝配作業(yè)可描述為世界模型的一系列狀態(tài)，這些狀態(tài)可用工作空間內(nèi)所有物體的位姿給定。這些位姿也可利用物體間的空間關(guān)系來說明。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1機(jī)器人編程要求與語言類型一般情況下，機(jī)器人的編程系統(tǒng)必須做到以下幾點(diǎn)：3．能夠描述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)描述機(jī)器人需要進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)是機(jī)器人編程語言的基本功能之一。用戶能夠運(yùn)用語言中的運(yùn)動(dòng)語句，與路徑規(guī)劃器連接，允許用戶規(guī)定路徑上的點(diǎn)及目標(biāo)點(diǎn)，決定是否采用點(diǎn)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)或笛卡兒直線運(yùn)動(dòng)，用戶還可以控制運(yùn)動(dòng)速度或運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間。4．允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程同一般的計(jì)算機(jī)編程語言一樣，機(jī)器人編程系統(tǒng)允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程，包括試驗(yàn)和轉(zhuǎn)移、循環(huán)、調(diào)用子程序以至中斷等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1機(jī)器人編程要求與語言類型一般情況下，機(jī)器人的編程系統(tǒng)必須做到以下幾點(diǎn)：5．具有良好的編程環(huán)境如同任何計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，一個(gè)好的編程環(huán)境有助于提高程序員的工作效率。好的編程系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：（1）在線修改和重啟功能機(jī)器人在作業(yè)時(shí)需要執(zhí)行復(fù)雜的動(dòng)作和花費(fèi)較長的執(zhí)行時(shí)間，當(dāng)任務(wù)在某一階段失敗后，從頭開始運(yùn)行程序并不總是可行，因此需要編程軟件或系統(tǒng)必須有在線修改程序和隨時(shí)重新啟動(dòng)的功能。（2）傳感器輸出和程序追蹤功能因?yàn)闄C(jī)器人和環(huán)境之間的實(shí)時(shí)相互作用常常不能重復(fù)，因此編程系統(tǒng)應(yīng)能隨著程序追蹤記錄傳感器的輸入輸出值。（3)仿真功能可以在沒有機(jī)器人實(shí)體和工作環(huán)境的情況下進(jìn)行不同任務(wù)程序的模擬調(diào)試。（4）人機(jī)接口和綜合傳感信號(hào)在編程和作業(yè)過程中，編程系統(tǒng)應(yīng)便于人與機(jī)器人之間進(jìn)行信息交換，方便機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)處理，確保安全。而且，隨著機(jī)器人動(dòng)作和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜程度的增加，編程系統(tǒng)需要提供功能強(qiáng)大的人機(jī)接口。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型伴隨著機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人語言也得到了不斷發(fā)展和完善。早期的機(jī)器人由于功能單一，動(dòng)作簡單，可采用固定程序或者示教方式來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。隨著機(jī)器人作業(yè)動(dòng)作的多樣化和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，依靠固定的程序或示教方式已經(jīng)滿足不了要求，必須依靠能適應(yīng)作業(yè)和環(huán)境隨時(shí)變化的機(jī)器人語言編程來完成機(jī)器人工作。目前，工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)三類。1．動(dòng)作級(jí)編程語言動(dòng)作級(jí)編程語言是最低一級(jí)的機(jī)器人語言。它以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)描述為主。通常一條指令對應(yīng)機(jī)器人的一個(gè)動(dòng)作，表示從機(jī)器人的一個(gè)位姿運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位姿。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型目前，工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)三類。1．動(dòng)作級(jí)編程語言動(dòng)作級(jí)編程語言的優(yōu)點(diǎn)是比較簡單，編程容易。其缺點(diǎn)是功能有限，無法進(jìn)行繁復(fù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不能接受復(fù)雜的傳感器信息，只能接受傳感器開關(guān)信息；與計(jì)算機(jī)的通信能力很差。典型的動(dòng)作級(jí)編程語言是是美國Unimation公司于1979年推出的一種機(jī)器人編程語言，主要配置在PUMA和UNIMATION等型機(jī)器人上，如“MOVETO<destination>”,其含義為機(jī)器人從當(dāng)前位姿運(yùn)動(dòng)到目的位姿。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)1．動(dòng)作級(jí)編程語言又可以分為關(guān)節(jié)級(jí)編程和末端執(zhí)行器級(jí)編程兩種動(dòng)作編程。（1）關(guān)節(jié)級(jí)編程關(guān)節(jié)級(jí)編程是以機(jī)器人的關(guān)節(jié)為對象，編程時(shí)給出機(jī)器人一系列各關(guān)節(jié)位置的時(shí)間序列，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中進(jìn)行的一種編程方法。對于直角坐標(biāo)型機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人，由于直角關(guān)節(jié)和圓柱關(guān)節(jié)的表示比較簡單，這種方法編程較為適用；而對具有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，由于關(guān)節(jié)位置的時(shí)間序列表示困難，即使一個(gè)簡單的動(dòng)作也要經(jīng)過許多復(fù)雜的運(yùn)算，故這一方法并不適用。關(guān)節(jié)級(jí)編程可以通過簡單的編程指令來實(shí)現(xiàn)，也可以通過示教盒示教和鍵入示教實(shí)現(xiàn)。（2）末端執(zhí)行器級(jí)編程末端執(zhí)行器級(jí)編程在機(jī)器人作業(yè)空間的直角坐標(biāo)系中進(jìn)行。在此直角坐標(biāo)系中給出機(jī)器人末端執(zhí)行器一系列位姿組成位姿的時(shí)間序列，連同其他一些輔助功能如力覺、觸覺、視覺等的時(shí)間序列，同時(shí)確定作業(yè)量、作業(yè)工具等，協(xié)調(diào)地進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)作的控制。這種編程方法允許有簡單的條件分支，有感知功能，可以選擇和設(shè)定工具，有時(shí)還有并行功能，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)2．對象級(jí)編程語言對象級(jí)語言是描述操作對象即作業(yè)物體本身動(dòng)作的語言。它不需要描述機(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)，只要由編程人員用程序的形式給出作業(yè)本身順序過程的描述和環(huán)境模型的描述，即描述操作物與操作物之間的關(guān)系，通過編譯程序機(jī)器人即能知道如何動(dòng)作。對象級(jí)編程語言典型的例子有IBM公司的AML及AUTOPASS等語言，是比動(dòng)作級(jí)編程語言高一級(jí)的編程語言，除具有動(dòng)作級(jí)編程語言的全部動(dòng)作功能外，還具有以下特點(diǎn)：(1)較強(qiáng)感知能力除能處理復(fù)雜的傳感器信息外，還可以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(jìn)行控制、測試和監(jiān)督。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)2．對象級(jí)編程語言具有以下特點(diǎn)：(2)良好的開放性對象級(jí)編程語言系統(tǒng)為用戶提供了開發(fā)平臺(tái)，用戶可以根據(jù)需要增加指令，擴(kuò)展語言功能。(3)較強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力對象級(jí)編程語言可以處理浮點(diǎn)數(shù)，能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行即時(shí)通信。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)3．任務(wù)級(jí)編程語言任務(wù)級(jí)編程語言是比前兩類更高級(jí)的一種語言，也是最理想的機(jī)器人高級(jí)語言。這類語言不需要用機(jī)器人的動(dòng)作來描述作業(yè)任務(wù)，也不需要描述機(jī)器人對象物的中間狀態(tài)過程，只需要按照某種規(guī)則描述機(jī)器人對象物的初始狀態(tài)和最終目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人語言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境信息和知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫自動(dòng)進(jìn)行推理、計(jì)算，從而自動(dòng)生成機(jī)器人詳細(xì)的動(dòng)作、順序和數(shù)據(jù)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)3．任務(wù)級(jí)編程語言例如，一臺(tái)產(chǎn)線上的裝配機(jī)器人欲完成軸和軸承的裝配，軸承的初始位置和裝配后的目標(biāo)位置已知，當(dāng)發(fā)出抓取軸承的命令時(shí)，語言系統(tǒng)從初始位置到目標(biāo)位置之間尋找路徑，在復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境中找出一條不會(huì)與周圍障礙物產(chǎn)生碰撞的合適路徑，在初始位置處選擇恰當(dāng)?shù)淖藨B(tài)抓取軸承，沿此路徑運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置。在此過程中，作業(yè)中間狀態(tài)作業(yè)方案的設(shè)計(jì)、工序的選擇、動(dòng)作的前后安排等一系列問題都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.1.2機(jī)器人語言類型工業(yè)級(jí)機(jī)器人按照作業(yè)描述水平的高低分為動(dòng)作級(jí)、對象級(jí)和任務(wù)級(jí)3．任務(wù)級(jí)編程語言任務(wù)級(jí)編程語言的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，需要人工智能的理論基礎(chǔ)和大型知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫的支持，目前還不是十分完善，是一種理想狀態(tài)下的語言，有待于進(jìn)一步的研究。但可以相信，隨著人工智能技術(shù)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的不斷發(fā)展，任務(wù)級(jí)編程語言必將取代其他語言而成為機(jī)器人語言的主流，使得機(jī)器人的編程應(yīng)用變得十分簡單。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.2.1機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人語言是在人與機(jī)器人之間的一種記錄信息或交換信息的程序語言，它提供了一種方式來解決人—機(jī)通信問題，是一種專用語言。它不僅包含語言自身，實(shí)際上還同時(shí)包含語言的處理過程。它能夠支持機(jī)器人編程、控制，以及與外圍設(shè)備、傳感器和人機(jī)接口，同時(shí)還支持與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信。機(jī)器人語言系統(tǒng)包括三個(gè)基本操作狀態(tài)：監(jiān)控狀態(tài)、編輯狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.2.1機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.2.1機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)控狀態(tài)用于整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)督控制，操作者可以用示教盒定義機(jī)器人在空間中的位置，設(shè)置機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，存儲(chǔ)和調(diào)出程序等。2．編輯狀態(tài)編輯狀態(tài)用于操作者編制或編輯程序。一般都包括：寫入指令，修改或刪去指令以及插入指令等。3．執(zhí)行狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)用來執(zhí)行機(jī)器人程序。在執(zhí)行狀態(tài)，機(jī)器人執(zhí)行程序的每一條指令，都是經(jīng)過調(diào)試的，不允許執(zhí)行有錯(cuò)誤的程序。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.2.2機(jī)器人語言基本功能機(jī)器人語言的基本功能包括運(yùn)算、決策、通訊、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)、工具指令以及傳感器數(shù)據(jù)處理等。機(jī)器人語言體現(xiàn)出來的基本功能都是通過機(jī)器人系統(tǒng)軟件形成的。1．運(yùn)算機(jī)器語言的運(yùn)算功能指的是對機(jī)器人位姿的解析幾何計(jì)算。通過對機(jī)械手位姿的求解、坐標(biāo)運(yùn)算、位置表示以及向量運(yùn)算等來控制機(jī)器人的動(dòng)作路徑，實(shí)現(xiàn)操作者想要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。2．決策決策是指機(jī)器人不進(jìn)行任何運(yùn)算，依靠傳感器的輸入信息能夠直接執(zhí)行機(jī)器人下一步任務(wù)的能力。這種決策能力使機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能更強(qiáng)有力，一條簡單的條件轉(zhuǎn)移指令(例如檢驗(yàn)零值)就足以執(zhí)行任何決策算法。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.2機(jī)器人語言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能7.2.2機(jī)器人語言基本功能3．通訊通訊能力是指機(jī)器人系統(tǒng)與操作人員之間的信息溝通能力。允許機(jī)器人要求操作人員提供信息、告訴操作者下一步該干什么，以及讓操作者知道機(jī)器人打算干什么。人和機(jī)器能夠通過許多不同方式進(jìn)行通訊。常見的通訊設(shè)備有：信號(hào)燈、顯示器或輸入輸出按鈕等。4．工具指令一個(gè)工具控制指令通常是由閉合某個(gè)開關(guān)或繼電器而開始觸發(fā)的。繼電器閉合可以把電源接通或斷開，以直接控制工具的運(yùn)動(dòng)，或者送出一個(gè)小功率信號(hào)給電子控制器，讓后者去控制工具。5．傳感器數(shù)據(jù)處理用于現(xiàn)場作業(yè)的機(jī)器人只有與傳感器連接起來，才能發(fā)揮其全部效用。所以，傳感數(shù)據(jù)處理是許多機(jī)器人程序編制的十分重要而又復(fù)雜的組成部分。當(dāng)采用觸覺、聽覺或視覺傳感器時(shí)，更是如此。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言自機(jī)器人發(fā)明以來，用以記錄人與機(jī)器人之間信息交換的專用語言也在不斷地更新和發(fā)展。世界上第一種機(jī)器人語言是美國斯坦福大學(xué)于1973年研制的WAVE語言，WAVE語言是一種機(jī)器人動(dòng)作級(jí)語言，它主要用以機(jī)器人的動(dòng)作描述，輔助視覺傳感器進(jìn)行機(jī)器人的手、眼協(xié)調(diào)控制。此后，隨著世界各國對機(jī)器人研究的不斷深入，不同種類的機(jī)器人語言也不斷出現(xiàn)。到目前為止，國內(nèi)外主要的機(jī)器人語言大概有24種.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試序號(hào)語言名稱國家研究單位簡要說明1AL美StanfordArtificialIntelligenceLaboratory機(jī)器人動(dòng)作及對象物描述，是目前機(jī)器人語言研究的基礎(chǔ)2Autopass美IBM組裝機(jī)器人用語言3LAMA-S美MIT高級(jí)機(jī)器人語言4VAL美Unimation公司用于PUMA機(jī)器人（采用MC6800和DECLSI-11高級(jí)微型機(jī)）5RLAL美Automatic公司用視覺傳感器檢查零件時(shí)用的機(jī)器人語言6WAVE美StanfordArtificialIntelligenceLaboratory操作器控制符號(hào)語言7DIAL美CharlesStarkDraperLaboratory具有RCC順應(yīng)性手腕控制的特殊指令8RPL美StanfordResearchInstituteIntemational可與Unimate機(jī)器人操作程序結(jié)合，預(yù)先定義子程序庫9REACH美BendixCorporation適于兩臂協(xié)調(diào)動(dòng)作，和VAL一樣是使用范圍廣的語言10MCL美McDonnellDouglasCorporation編程機(jī)器人、機(jī)床傳感器、攝像機(jī)及其控制的計(jì)算機(jī)綜合制造用語言11INDA美SRIInternationalandPhilips相當(dāng)于RTL/2編程語言的子集，具有使用方便的處理系統(tǒng)12RAPT美UniversityofEdinburgh類似NC語言APT（用DEC20，LSI11/2微型機(jī)）13LM美ArtificialIntellInelligenceGroupofIMAG類似PASCAL，數(shù)據(jù)類似AL。用于裝配機(jī)器人（用LS11/3微型機(jī)）14ROBEX美MachineToolLaboratoryTHArchen具有與高級(jí)NC語言EXAPT相似結(jié)構(gòu)的脫機(jī)編程語言15SIGLA美OlivettiSIGMA機(jī)器人語言16MAL美MilanPolytechnic兩臂機(jī)器人裝配語言，其特征是方便、易于編程17SERF美三協(xié)精機(jī)SKILAM裝配機(jī)器人（用Z-80微型機(jī)）18PLAW美小松制作所RW系列弧焊機(jī)器人19IML美九州大學(xué)動(dòng)作級(jí)機(jī)器人語言20KARELRobotstudio日本FANUC發(fā)那科研發(fā)的用于點(diǎn)焊、涂膠、搬用等工業(yè)用途的編程語言21RAPID瑞典ABBABB公司用于ICR5控制器示教器的編程語言22RoboticsStudio美國Microsoft微軟公司開發(fā)的多語言、可視化編程與仿真語言23INFORM日本YASKAWA

24KUKA德國

7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言1．AL語言概述AL語言是1974年由美國斯坦福大學(xué)基于WAVE語言基礎(chǔ)開發(fā)的功能比較完善的動(dòng)作級(jí)機(jī)器人語言，它兼有對象級(jí)語言的某些特征，適合于裝配作業(yè)的描述。AL語言原設(shè)計(jì)用于具有傳感器反饋的多臺(tái)機(jī)器人并行或協(xié)同控制的編程。它具有PASCAL語言的特點(diǎn)，可以編譯成機(jī)器語言在實(shí)時(shí)控制機(jī)上執(zhí)行，支持實(shí)時(shí)編程語言的同步操作、條件操作、現(xiàn)場建模。2．AL語言格式(1)程序BEGIN開始，由END結(jié)束。(2)語句與語句之間用“；”隔開。(3)變量先定義類型，后使用。通常變量名以英文字母開頭，由字母、數(shù)字和下畫線組成字符串，字母大、小寫不分。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言如：定義機(jī)器人三種不同坐標(biāo)系，F(xiàn)RAMEBase，Beam，F(xiàn)eeder；{三種不同坐標(biāo)系的變量定義}(4)程序的注釋用大括號(hào)括起來（見上例）。(5)變量賦值語句中如所賦的內(nèi)容為表達(dá)式，則先計(jì)算表達(dá)式的值，再把該值賦給等式左邊的變量。3．AL語言中的數(shù)據(jù)類型(1)標(biāo)量(SCALAR)標(biāo)量是AL語言中最基本的數(shù)據(jù)類型，它可以是時(shí)間、距離、角度及力等機(jī)器人能夠感知或捕捉的數(shù)據(jù)，它可以進(jìn)行加、減、乘、除和指數(shù)等運(yùn)算，也可以進(jìn)行三角函數(shù)、自然對數(shù)和指數(shù)換算。如:SCALARPI;{PI=3.14159}PI為AL語言中預(yù)先定義的標(biāo)量。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言(2)向量(VECTOR)向量與數(shù)學(xué)中的向量類似，也具有相同的運(yùn)算法則，可以由三個(gè)標(biāo)量來構(gòu)造。如：VECTOR(1，0，0);(3)旋轉(zhuǎn)(ROT)ROT用來描述一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)或繞某個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。用ROT變量表示旋轉(zhuǎn)變量時(shí)帶有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)代表旋轉(zhuǎn)軸的簡單向量，另一個(gè)表示旋轉(zhuǎn)角度。(4)坐標(biāo)系(FRAME)FRAME用來建立坐標(biāo)系，變量的值表示物體固連坐標(biāo)系與空間作業(yè)的參考坐標(biāo)系之間的相對位置與姿態(tài)。(5)變換(TRANS)TRANS用來進(jìn)行坐標(biāo)之間的變換，具有旋轉(zhuǎn)和向量兩個(gè)參數(shù)，執(zhí)行時(shí)先旋轉(zhuǎn)再平移。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言4.AL語言常用指令介紹（1）MOVE指令MOVE指令用來描述機(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)，如手爪從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位置。MOVE指令的格式為：MOVE<HAND>TO<目的地>（2）手爪控制指令OPEN：手爪打開指令。CLOSE：手爪閉合指令。語句的格式為OPEN<HAND>TO<SVAL>CLOSE<HAND>TO<SVAL>其中SVAL為開度距離值，在程序中已預(yù)先指定。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言（3）控制指令常用控制指令有：IF<條件>THEN<語句>ELSE<語句>WHILE<條件>DO<語句>CASE<語句>DO<語句>UNTIL<條件>FOR…STEP…UNTIL…（4）AFFIX和UNFIX指令機(jī)器人在裝配作業(yè)時(shí)，經(jīng)常需要將一個(gè)物體粘到另一個(gè)物體上或一個(gè)物體從另一個(gè)物體上剝離。語句AFFIX為兩物體粘貼的操作，語句UNFIX為兩物體分離的操作，如：AFFIXBEAM_BORETOBEAM{BEAM_BORE和BEAM兩種不同坐標(biāo)系粘貼在一起}工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言即一個(gè)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)也將引起另一個(gè)坐標(biāo)系的同樣運(yùn)動(dòng)。然后執(zhí)行下面的語句UNFIXBEAM_BOREFROMBEAM{BEAM_BORE和BEAM兩坐標(biāo)系的附著關(guān)系被解除}（5）力覺的處理在MOVE語句中使用條件監(jiān)控子語句可實(shí)現(xiàn)使用傳感器信息來完成一定的動(dòng)作。監(jiān)控子語句如：ON<條件>DO<動(dòng)作>例如：MOVEBARMTO⊙-0.1*INCHESONFORCE(Z)>10*OUNCESDOSTOP表示在當(dāng)前位置沿Z軸向下移動(dòng)0.1英寸，如果感覺Z軸方向的力超過10盎司，則立即命令機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言5．AL語言編程示例如圖7-2所示，要求用AL語言編制機(jī)器人將料槽坐標(biāo)位置螺栓插入立柱孔的作業(yè)程序。具體動(dòng)作分解為：機(jī)器人末端執(zhí)行器移至料斗上方A點(diǎn)；抓取螺栓；經(jīng)過B點(diǎn)、C點(diǎn)再把它移至立柱孔上方D點(diǎn)；完成螺栓插入立柱孔的動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言5．AL語言編程示例程序步驟是：(a)定義機(jī)座、導(dǎo)板、料斗、導(dǎo)板孔、螺栓柄等的位置和姿態(tài)；(b)把裝配作業(yè)劃分為一系列動(dòng)作，如移動(dòng)機(jī)器人、抓取物體和完成插入等；(c)加入傳感器以發(fā)現(xiàn)異常情況和監(jiān)視裝配作業(yè)的過程；(d)重復(fù)步驟（a）～（c），調(diào)試改進(jìn)程序。按照上面的步驟，編制的程序如下：BEGINinsertion{設(shè)置變量}bolt-diameter<-0.5*inches;bolt-heiSht<-1*inches;Tries<-0;Grasped<-false;{定義機(jī)座坐標(biāo)系}工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言編程示例工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試Beam<-FRAME(ROT(2,90*deg),VECTOR(20,15,0)*inches);Feeder<-FRAME(nilrot,VECTOR（25,20,0）*inches);{定義特征坐標(biāo)系}bolt-grasp<-feeder*TRANS(nilrot[,nilvect])bolt-tip<-bolt-grasp*TRANS(nilrot,VECTOR(0,0,0.5)*inches);beam-bore<-beam*TRANS(nilrot,VECTOR(0,0,1)*inches);{定義經(jīng)過的點(diǎn)坐標(biāo)系}A<-feeder*TRANS(nilrot,VECTOR(0,0,0.5)*inches);B<-feeder*TRANS(nilrot,VECTOR(0,0,8)*inches);C<-beam-bore*TRANS(nilrot,VECTOR(0,0,5)*inches);D<-beam-bore*TRANS(nilrot,bolt-height*Z);{張開手爪}OPENbhandTObolt-diameter+1*inches;{使手爪準(zhǔn)確定位于螺栓上方}MOVEbarmTObolt-graspVIAA;WITHAPPROACH=-ZWRTfeeder;{試著抓取螺栓}DOCLOSEbhandTO0.9bolt-diameter;IFbhand<bolt-diameterTHENBEGIN{抓取螺栓失敗，再試一次}OPENbhandTObolt-diameter+1*inches;MOVEbarmTO@-1*Z*inches;EDNELSEgrasped<-TRUE;Tdes<-tries+1;UNTILgraspedOP(tries>3);{如果嘗試3次未能抓取螺栓，則取消這一動(dòng)作}IFNOTgraspedTHENABORT;{抓取螺栓失敗}{將手臂移動(dòng)到B位置}MOVEbarmTOB;VIAA;WITHDEPARTURE=ZWRTdeeder;7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.1AL語言編程示例工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試{將手臂移動(dòng)到D位置}MOVEbarmTODVIAC;WITHAPPROACH=ZWRTbeam-bore;{檢驗(yàn)是否有孔}MOVEbarmTO@-0.1*Z*inchesONFORCE(Z)>10*ounce；DOABORT;{無孔}{進(jìn)行柔順性插入}MOVEbarmTObeam-boreDIRECTLY;WITHFORCE(z)=-10*ounce;WITHFORCE(x)=-0*ounce;WITHFORCE(y)=-0*ounce;WITHDURATION=5*seconds;ENDinsertion7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.2VAL語言編程VAL語言是美國Unimation公司于1979年推出的一種機(jī)器人編程語言，主要配置在PUMA和UNIMATION等類型機(jī)器人上，它是一種面向動(dòng)作級(jí)的計(jì)算機(jī)語言。VAL語言結(jié)構(gòu)與BASIC語言結(jié)構(gòu)很類似，是基于BASIC語言發(fā)展起來的一種機(jī)器人語言。VAL語言一般用于上下兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人系統(tǒng)，上位機(jī)為LSI-11/23，下位機(jī)為6503微處理器。上位機(jī)主要進(jìn)行系統(tǒng)的編程和管理，下位機(jī)控制各關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)。VAL語言具有命令簡單清晰，機(jī)器人作業(yè)動(dòng)作及與上位機(jī)的通信方便，實(shí)時(shí)交互功能強(qiáng)等特點(diǎn)。可以在在線和離線兩種不同狀態(tài)下編程，能夠迅速計(jì)算不同坐標(biāo)系下機(jī)器人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠生成機(jī)器人的連續(xù)控制信號(hào)，可以與操作者實(shí)時(shí)在線修改程序和生成程序，VAL語言適用于多種計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.2VAL語言編程VAL語言系統(tǒng)包括監(jiān)控指令和程序指令兩個(gè)部分。1．監(jiān)控指令（6種）監(jiān)控指令包括位置定義、程序和數(shù)據(jù)列表、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置和控制、系統(tǒng)開關(guān)控制、系統(tǒng)診斷和修改等。常見的監(jiān)控指令有：POINT定義執(zhí)行終端位置、或以關(guān)節(jié)位置表示的精確點(diǎn)位賦值（位置定義指令）DPOINT刪除包括精確點(diǎn)或變量在內(nèi)的任意數(shù)量的當(dāng)前位置（位置定義指令）EDIT允許用戶建立或修改一個(gè)指定名字的程序，為用戶編輯程序的起始(程序指令)DIRECTORY顯示存儲(chǔ)器中的全部用戶程序名（數(shù)據(jù)列表指令）LOADL將文件中指定的位置變量送入系統(tǒng)內(nèi)存（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指令）DO執(zhí)行單步指令（控制程序指令）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.2VAL語言編程ABORT緊急停止指令（控制程序指令）CALIB校準(zhǔn)關(guān)節(jié)位置傳感器（系統(tǒng)狀態(tài)控制指令）2．程序指令（6種）程序指令主要包括控制機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)、位姿等狀態(tài)的指令，常見的指令如下：（1)運(yùn)動(dòng)指令GO、MOVE、MOVEI、MOVES、DRAW、APPRO、APPROS、DEPART、DRIVE、READY、OPEN、OPENI、CLOSE、CLOSEI、RELAX、GRASP及DELAY等。（2)機(jī)器人位姿控制指令RIGHTY、LEFTY、ABOVE、BELOW、FLIP及NOFLIP等。（3)賦值指令SETI、TYPEI、HERE、SET、SHIFT、TOOL、INVERSE及FRAME等。（4)控制指令GOTO、GOSUB、RETURN、IF、IFSIG、REACT、REACTI、IGNORE、SIGNAL、WAIT、PAUSE及STOP等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.2VAL語言編程（5)開關(guān)量賦值指令SPEED、COARSE、FINE、NONULL、NULL、INTOFF及INTON等。（6)其他指令REMARK及TYPE等。3．VAL語言編程示例例7.1建立一個(gè)名為DEMO的VAL程序：要求將物體從位置1（PICK位置）搬運(yùn)至位置2（PLACE位置）。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言3．VAL語言編程示例程序如下：EDITDEMO啟動(dòng)編輯狀態(tài)PROGRAMDEMOVAL響應(yīng)1.OPEN下一步手張開2.APPROPICK50運(yùn)動(dòng)至距PICK位置50mm處3.SPEED30下一步降至30%滿速4.MOVEPICK運(yùn)動(dòng)至PICK位置5.CLOSEI閉合手6.DEPART70沿手向量方向后退70mm7.APPROSPLACE75沿直線運(yùn)動(dòng)至距離PLACE位置上8.SOEED20下一步降至20%滿速9.MOVESPLACE沿直線運(yùn)動(dòng)至PLACE位置上10.OPENI在下一步之前手張開

11.DEPART50自PLACE位置后退50mm12.E退出編輯狀態(tài)返回監(jiān)控狀態(tài)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.3IML(InteractiveManipulatorLanguage)語言IML(InteractiveManipulatorLanguage)語言是日本九州大學(xué)開發(fā)的一種對話性好、簡單易學(xué)、面向應(yīng)用的機(jī)器人語言。它和VAL等語言一樣，是一種著眼于末端執(zhí)行器教作進(jìn)行編程的動(dòng)作級(jí)語言。用戶可以使用IML語言給出機(jī)器人的工作點(diǎn)、操作路線，或給出目標(biāo)物體的位置、姿態(tài)，直接操縱機(jī)器人。除此之外，IML語言還有如下一些特征：(1)描述往返操作可以不用循環(huán)語句；(2)可以直接在工作坐標(biāo)系內(nèi)使用；(3)能把要示教的軌跡(末端執(zhí)行器位姿矢量的變化)定義成指令，加入到語言中；所示教的數(shù)據(jù)還可以用力控制方式再現(xiàn)出來。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.4PAPID語言PAPID語言是瑞典ABB公司對針對機(jī)器人進(jìn)行邏輯、運(yùn)動(dòng)以及IO控制開發(fā)的機(jī)器人編程語言。RAPID語言類似于高級(jí)語言編程，與VB和C語言結(jié)構(gòu)相近。PAPID語言所包含的指令包含機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的控制，系統(tǒng)設(shè)置的輸入、輸出，還能實(shí)現(xiàn)決策、重復(fù)、構(gòu)造程序、與系統(tǒng)操作員交流等功能。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試PAPID程序系統(tǒng)模塊程序模塊1程序模塊2程序模塊N程序數(shù)據(jù)主程序main例行程序中斷程序功能程序數(shù)據(jù)例行程序中斷程序功能程序數(shù)據(jù)例行程序中斷程序功能程序數(shù)據(jù)例行程序中斷程序功能7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.4PAPID語言PAPID應(yīng)用程序是由系統(tǒng)模塊和程序模塊構(gòu)成。系統(tǒng)模塊包含主程序，一般用于系統(tǒng)方面的控制，而程序模塊可由操作者來構(gòu)建完成機(jī)器人的動(dòng)作控制。所有的ABB機(jī)器人都自帶兩個(gè)系統(tǒng)模塊，USER模塊和BASE模塊，使用時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)生成的任何模塊都不能進(jìn)行修改。每一個(gè)程序模塊也包含了程序數(shù)據(jù)、編程指令、中斷程序和功能四種對象。1.程序數(shù)據(jù)程序數(shù)據(jù)是在程序模塊中設(shè)定的一些環(huán)境數(shù)據(jù)，創(chuàng)建的程序數(shù)據(jù)由同一個(gè)模塊或其他模塊的指令進(jìn)行引用。ABB機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的類型有變量VAR,可變量PERS,常量CONST。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第7章工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試7.3常用的機(jī)器人編程語言7.3.4PAPID語言ABB機(jī)器人程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的類型有變量VAR,可變量PERS,常量CONST。（1）變量VAR

變量型數(shù)據(jù)在程序執(zhí)行的過程中和停止，會(huì)保持當(dāng)前的值。但如果程序指針被移到主程序后，數(shù)值會(huì)丟失。舉例說明：VARn