機(jī)器人原理及應(yīng)用：第8章 機(jī)器人編程

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1、機(jī)器人編程機(jī)器人編程Robot Programming8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能8.3 8.3 常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型任務(wù)：檢驗(yàn)工件有無(wú)缺陷。銷釘插入錐形孔。銷釘壓入錐形孔。檢驗(yàn)是否壓緊了。Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 1.對(duì)機(jī)器人編程的要求（1）能夠

2、建立世界模型 是描述物體三維運(yùn)動(dòng)的方法。定義相關(guān)幾何體的名義變量來(lái)建模。模型要描述盡可能多的有關(guān)物體和機(jī)械手的信息。Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 1.對(duì)機(jī)器人編程的要求（2）能夠描述機(jī)器人的作業(yè) 描述水平?jīng)Q定了編程語(yǔ)言水平。利用空間關(guān)系說(shuō)明物體形態(tài)。東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育機(jī)器人技術(shù)機(jī)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(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 1.對(duì)機(jī)器人編程的要求（3）能夠描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng) 例，移至goal1,在移至goal

3、2,然后經(jīng)過(guò)via1到 goal3。VAL-語(yǔ)言：AL語(yǔ)言（機(jī)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(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 1.對(duì)機(jī)器人編程的要求（4）允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程 包括實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)移，循環(huán)，調(diào)用子程序以及中斷。多臺(tái)計(jì)算機(jī)的并行處理。使用某種傳感器來(lái)監(jiān)控不同的過(guò)程。（5）要有良好的編程環(huán)境 在線修改和立即重新啟動(dòng)。傳感器的輸

4、出和程序追蹤。仿真。Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 1.對(duì)機(jī)器人編程的要求（6）需要人機(jī)接口和綜合傳感信號(hào) 人機(jī)間進(jìn)行信息交換，及時(shí)處理故障?？筛鶕?jù)傳感器信號(hào)來(lái)控制程序的流程。三類傳感器：位置檢測(cè) 力覺(jué)和觸覺(jué) 視覺(jué)Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的類型（1）動(dòng)作級(jí)（以VAL為代表）以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作為描述中心，每一命令對(duì)應(yīng) 一個(gè)動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)，語(yǔ)句簡(jiǎn)單，易于編程。缺點(diǎn)，不能進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，不能接受復(fù)雜傳感 信號(hào)。關(guān)節(jié)級(jí)，給出機(jī)器人個(gè)關(guān)節(jié)位移的時(shí)間

5、序列。終端執(zhí)行器級(jí)，給出終端執(zhí)行器的位姿和輔助 機(jī)能的時(shí)間序列。Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的類型（2）對(duì)象級(jí)（AML,AUTOPASS）以描述物體間的關(guān)系為中心的語(yǔ)言。特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)控制 處理傳感器信息 通信和數(shù)字運(yùn)算 具有和好的擴(kuò)展性 利用知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行仿真。Robot Programming 8.1 8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的類型（3）任務(wù)級(jí)（普渡大學(xué),RCCL）對(duì)工作任務(wù)所要達(dá)到的餓目標(biāo)直接下命令。Robot Programming 8.1 8

6、.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的類型（4）決定編程語(yǔ)言具有不同設(shè)計(jì)特點(diǎn)的因素 語(yǔ)言模式 語(yǔ)言形式 幾何學(xué)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(gè)機(jī)械手的能力 控制模式 運(yùn)動(dòng)形式 信號(hào)線 傳感器接口 支援模塊 調(diào)試性能 Robot Programming 8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 1.機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 機(jī)器人語(yǔ)言操作系統(tǒng)的三個(gè)基本的操作狀態(tài)：監(jiān)控狀態(tài) 編輯狀態(tài) 執(zhí)行狀態(tài) Robot Programming 8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的基本功能 （1）運(yùn)算 解

7、析幾何運(yùn)算的計(jì)算工具包括 機(jī)械手解答及逆解答 坐標(biāo)運(yùn)算和位置表示 矢量運(yùn)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(hào)檢驗(yàn) 關(guān)系檢驗(yàn) 布爾檢驗(yàn) 邏輯檢驗(yàn) 集合檢驗(yàn) Robot Programming 8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的基本功能 （3）通訊 機(jī)器人提供信息：信號(hào)燈 字符顯示設(shè)備 圖形顯示設(shè)備 語(yǔ)言合成器及音響設(shè)備 人對(duì)機(jī)器人“說(shuō)話”：按鈕 鍵盤(pán) 光標(biāo)及光筆 光學(xué)字符閱讀機(jī) 遠(yuǎn)距離操縱主控裝置 其他；語(yǔ)音輸入輸出。Robot Programming 8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機(jī)器人編

8、程語(yǔ)言的基本功能 （4）機(jī)械手運(yùn)動(dòng) 按提供的一組關(guān)節(jié)位置運(yùn)動(dòng)，或按工作空間內(nèi) 的一系列位置運(yùn)動(dòng)。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)引入，提高其工作能力。（5）工具指令 直接控制，由某個(gè)開(kāi)關(guān)或繼電器觸發(fā)。采用工具功能控制器，進(jìn)行復(fù)雜控制。Robot Programming 8.2 8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 2.機(jī)器人編程語(yǔ)言的基本功能 （6）傳感數(shù)據(jù)處理 內(nèi)體感受器 觸覺(jué)傳感器 距離傳感器 力和力矩傳感器 視覺(jué)傳感器Robot Programming 8.3 8.3 常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言 1.VAL語(yǔ)言（1979，美，Unimation公司）用于 PUMA，U

9、NIMATE2000，UNIMATE4000系列。六種監(jiān)控指令：（1）定義位置，姿勢(shì) （2）程序編程 （3）列表指令 （4）存儲(chǔ)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(jī)器人編程語(yǔ)言常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言 2.SIGLA語(yǔ)言（70年代，意，OLIVETTI公司）用于 直角坐標(biāo)式的SIGLA型裝配機(jī)器人。32個(gè)指令字，分為六類：（1）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(gè)控制定義字。Robot Programming 8.3 8.3 常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言常用的機(jī)

10、器人編程語(yǔ)言 3.IML語(yǔ)言（日，九洲大學(xué)）對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行編程的動(dòng)作級(jí)語(yǔ)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(yǔ)句。（2）可直接在工作坐標(biāo)系內(nèi)使用。（3）可將要示教的軌跡定義成指令，加入到語(yǔ)言 中，可體現(xiàn)力。Robot Programming 8.3 8.3 常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言 4.AL語(yǔ)言（70年代，美，斯坦福大學(xué)）基于ALGOL，和PASCAL共用。用于多機(jī)械手并行控制的編程?；竟δ苷Z(yǔ)句：標(biāo)量 矢量 旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系 變換 塊結(jié)構(gòu)形式 運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句 手的開(kāi)合 兩物體結(jié)合的操作 力覺(jué)的處理功能 力的穩(wěn)定性控制 同時(shí)控制多

11、個(gè)機(jī)械手 可使用子程序及數(shù)組 可與VAL語(yǔ)言進(jìn)行信息交流 Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 1.機(jī)器人離線的特點(diǎn)和主要內(nèi)容 優(yōu)點(diǎn)：（1）減少機(jī)器人非工作時(shí)間。（2）使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)。（3）使用范圍廣。（4）便于和CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合。（5）可使用高級(jí)編程語(yǔ)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。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 1.機(jī)器人離線的特點(diǎn)和主要內(nèi)容 編程需考慮的內(nèi)容：（1）機(jī)器人工作過(guò)程的知識(shí)。（2）機(jī)器人和工作環(huán)境三維實(shí)體模型。（3）機(jī)器人幾何學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)。（

12、4）可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(shí)際間誤差。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（1）用戶接口：兩個(gè)接口，用于示教編程及語(yǔ)言編程。重要部分：機(jī)器人語(yǔ)言。對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行圖形編輯。（2）機(jī)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

13、8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（3）運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算：包括運(yùn)動(dòng)學(xué)正解及運(yùn)動(dòng)學(xué)反解兩部分。運(yùn)動(dòng)學(xué)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(biāo)值。與控制柜通訊是的注意點(diǎn)，采用公式一致?？尚薪獯_定準(zhǔn)則一致。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)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(dòng)。依賴于軌跡的約束運(yùn)動(dòng)。軌跡規(guī)劃算法，關(guān)節(jié)空間及笛卡兒空間的差補(bǔ)計(jì)算。（5）動(dòng)力學(xué)模型：高速，重載下，防止較大誤差。三類動(dòng)力學(xué)模型，數(shù)字法。符號(hào)法。解析法。Robot Programming 8.

14、4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（6）并行操作：多臺(tái)機(jī)器人的協(xié)調(diào)工作。一臺(tái)機(jī)器人與視覺(jué)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(yàn)問(wèn)題。觸覺(jué)，接近覺(jué)及力覺(jué)傳感器的仿真。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 2.機(jī)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(yùn)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換成各種機(jī)器人控制 柜可接受的代碼。方法一，選擇較為通用的語(yǔ)言，然后再對(duì)該語(yǔ) 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(jī)器人運(yùn)動(dòng)程序代碼。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器

15、人的離線編程 2.機(jī)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(jī)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(hào)機(jī)器人的不一致性。控制器的誤差。編程系統(tǒng)，數(shù)字精度。實(shí)際世界模型數(shù)據(jù)的質(zhì)量。誤差校正 一 ，基準(zhǔn)點(diǎn)方法。精度不高。二 ，傳感器反饋。精度教高。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 3.機(jī)器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS（1）HOLPSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 語(yǔ)言處理模塊 運(yùn)動(dòng)學(xué)及規(guī)劃模塊 三維構(gòu)型模塊 運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線

16、編程 3.機(jī)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(yùn)算。機(jī)器人總體構(gòu)型：體素構(gòu)造和分級(jí)裝配。二，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真和動(dòng)畫(huà)技術(shù) Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 3.機(jī)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(yǔ)言。只輸入有關(guān)數(shù)據(jù)。兩種傳送方式 ：接口總線。磁盤(pán)。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 3.機(jī)器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS（2）HOLPSS系統(tǒng)的功能 四，機(jī)器人作業(yè)總體布局 直接搜索。啟發(fā)式搜索。五，碰撞和路徑優(yōu)化 5個(gè)自由度規(guī)定的弧焊作業(yè)。冗余度機(jī)器人避免碰撞和回避奇異性的自動(dòng) 規(guī)劃。Robot Programming 8.4 8.4 機(jī)器人的離線編程機(jī)器人的離線編程 3.機(jī)器人離線編程仿真系統(tǒng)HOLPSS（2）HOLPSS系統(tǒng)的功能 六，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)規(guī)劃 工件與重力矢量在焊接中保持一定關(guān)系。七，力控制系統(tǒng)的仿真 八，自動(dòng)調(diào)度 九，誤差和公差的自動(dòng)評(píng)估