第八章机器人编程36页1.4M案例优秀PPT.ppt

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1、东南高校远程教化机器人技术机器人技术第第 五十五五十五 讲讲主讲老师：王兴松主讲老师：王兴松机器人编程机器人编程Robot Programming8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型8.2 8.2 机器人语言系统结构和基本功能机器人语言系统结构和基本功能8.3 8.3 常用的机器人编程语言常用的机器人编程语言8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型任务：检验工件有无缺陷。销钉插入锥形孔。销钉压入锥形孔。检验是否压紧了。Robot Programming 8.1

2、 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 1.对机器人编程的要求（1）能够建立世界模型 是描述物体三维运动的方法。定义相关几何体的名义变量来建模。模型要描述尽可能多的有关物体和机械手的信息。Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 1.1.对机器人编程的要求对机器人编程的要求 （2 2）能够描述机器人的作业）能够描述机器人的作业 描述水平确定了编程语言水平。描述水平确定了编程语言水平。利用空间关系说明物体形态。利用空间关系说明物体形态。东南高校远程教化机器人技术机器人技术第第 五十六五十六 讲讲主讲老师：王兴松主讲老

3、师：王兴松Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 1.对机器人编程的要求（3）能够描述机器人的运动 例，移至goal1,在移至goal2,然后经过via1到 goal3。VAL-语言：AL语言（机械手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 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 1.1.对

4、机器人编程的要求对机器人编程的要求 （4 4）允许用户规定执行流程）允许用户规定执行流程 包括试验，转移，循环，调用子程序以包括试验，转移，循环，调用子程序以及中断。及中断。多台计算机的并行处理。多台计算机的并行处理。运用某种传感器来监控不同的过程。运用某种传感器来监控不同的过程。（5 5）要有良好的编程环境）要有良好的编程环境 在线修改和马上重新启动。在线修改和马上重新启动。传感器的输出和程序追踪。传感器的输出和程序追踪。仿真。仿真。Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 1.1.对机器人编程的要求对机器人编程的要求 （6 6）须

5、要人机接口和综合传感信号）须要人机接口和综合传感信号 人机间进行信息交换，刚好处理故障。人机间进行信息交换，刚好处理故障。可依据传感器信号来限制程序的流程。可依据传感器信号来限制程序的流程。三类传感器：三类传感器：位置检测位置检测 力觉和触觉力觉和触觉 视觉视觉Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 2.2.机器人编程语言的类型机器人编程语言的类型 （1 1）动作级（以）动作级（以VALVAL为代表）为代表）以机器人的运动作为描述中心，每一吩以机器人的运动作为描述中心，每一吩咐对应咐对应 一个动作。一个动作。优点，语句简洁，易于编程

6、。优点，语句简洁，易于编程。缺点，不能进行困难计算，不能接受困缺点，不能进行困难计算，不能接受困难传感难传感 信号。信号。关节级，给出机器人个关节位移的时间关节级，给出机器人个关节位移的时间序列。序列。终端执行器级，给出终端执行器的位姿终端执行器级，给出终端执行器的位姿和协助和协助 机能的时间序列。机能的时间序列。Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 2.2.机器人编程语言的类型机器人编程语言的类型 （2 2）对象级（）对象级（AML,AUTOPASSAML,AUTOPASS）以描述物体间的关系为中心的语言。以描述物体间的关系为中

7、心的语言。特点：特点：运动限制运动限制 处理传感器信息处理传感器信息 通信和数字运算通信和数字运算 具有和好的扩展性具有和好的扩展性 利用学问库和数据库进行仿真。利用学问库和数据库进行仿真。Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 2.2.机器人编程语言的类型机器人编程语言的类型 （3 3）任务级（普渡高校）任务级（普渡高校,RCCL,RCCL）对工作任务所要达到的饿目标干脆下吩对工作任务所要达到的饿目标干脆下吩咐。咐。Robot Programming 8.1 8.1 机器人编程要求与语言类型机器人编程要求与语言类型 2.2.机器人

8、编程语言的类型机器人编程语言的类型 （4 4）确定编程语言具有不同设计特点的因素）确定编程语言具有不同设计特点的因素 语言模式语言模式 语言形式语言形式 几何学数据形式几何学数据形式 旋转矩阵的规定与表旋转矩阵的规定与表示示 限制结构限制结构 限制多个机械手的实限制多个机械手的实力力 限制模式限制模式 运动形式运动形式 信号线信号线 传感器接口传感器接口 支援模块支援模块 调试性能调试性能 Robot Programming 8.2 8.2 机器人语言系统的结构机器人语言系统的结构 1.机器人语言系统的结构 机器人语言操作系统的三个基本的操作状态：监控状态 编辑状态 执行状态 Robot Pr

9、ogramming 8.2 8.2 机器人语言系统的结构机器人语言系统的结构 2.2.机器人编程语言的基本功能机器人编程语言的基本功能 （1 1）运算）运算 解析几何运算的计算工具包括解析几何运算的计算工具包括 机械手解答及逆解答机械手解答及逆解答 坐标运算和位置表示坐标运算和位置表示 矢量运算矢量运算 （2 2）决策）决策 依据传感器输入信息作出决策。依据传感器输入信息作出决策。条件转移指令形式：条件转移指令形式：符号检验符号检验 关系检验关系检验 布尔检验布尔检验 逻辑检验逻辑检验 集合检验集合检验 Robot Programming 8.2 8.2 机器人语言系统的结构机器人语言系统的结

10、构 2.2.机器人编程语言的基本功能机器人编程语言的基本功能 （3 3）通讯）通讯 机器人供应信息：机器人供应信息：信号灯信号灯 字符显示设备字符显示设备 图形显示设备图形显示设备 语言合成器及音响设备语言合成器及音响设备 人对机器人人对机器人“说话说话”：按钮按钮 键盘键盘 光标及光笔光标及光笔 光学字符阅光学字符阅读机读机 远距离操纵主控装置远距离操纵主控装置 其他；语音输入输出。其他；语音输入输出。Robot Programming 8.2 8.2 机器人语言系统的结构机器人语言系统的结构 2.2.机器人编程语言的基本功能机器人编程语言的基本功能 （4 4）机械手运动）机械手运动 按供应

11、的一组关节位置运动，或按工作按供应的一组关节位置运动，或按工作空间内空间内 的一系列位置运动。的一系列位置运动。确定运动和相对运动。确定运动和相对运动。计算机引入，提高其工作实力。计算机引入，提高其工作实力。（5 5）工具指令）工具指令 干脆限制，由某个开关或继电器触发。干脆限制，由某个开关或继电器触发。接受工具功能限制器，进行困难限制。接受工具功能限制器，进行困难限制。Robot Programming 8.2 8.2 机器人语言系统的结构机器人语言系统的结构 2.机器人编程语言的基本功能 （6）传感数据处理 内体感受器 触觉传感器 距离传感器 力和力矩传感器 视觉传感器Robot Prog

12、ramming 8.3 8.3 常用的机器人编程语言常用的机器人编程语言 1.VAL 1.VAL语言（语言（19791979，美，美，UnimationUnimation公司）公司）用于用于 PUMA PUMA，UNIMATE2000UNIMATE2000，UNIMATE4000UNIMATE4000系系列。列。六种监控指令：六种监控指令：（1 1）定义位置，姿态）定义位置，姿态 （2 2）程序编程）程序编程 （3 3）列表指令）列表指令 （4 4）存储指令）存储指令 （5 5）限制程序执行指令）限制程序执行指令 （6 6）系统状态限制）系统状态限制Robot Programming 8.3

13、8.3 常用的机器人编程语言常用的机器人编程语言 2.SIGLA 2.SIGLA语言（语言（7070年头，意，年头，意，OLIVETTIOLIVETTI公司）公司）用于用于 直角坐标式的直角坐标式的SIGLASIGLA型装配机器人。型装配机器人。32 32个指令字，分为六类：个指令字，分为六类：（1 1）输入输出指令）输入输出指令 （2 2）逻辑指令）逻辑指令 （3 3）几何指令）几何指令 （4 4）调子程序指令）调子程序指令 （5 5）逻辑联锁指令）逻辑联锁指令 （6 6）编辑指令）编辑指令 另有另有9 9个限制定义字。个限制定义字。Robot Programming 8.3 8.3 常用的

14、机器人编程语言常用的机器人编程语言 3.IML 3.IML语言（日，九洲高校）语言（日，九洲高校）对末端执行器进行编程的动作级语言。对末端执行器进行编程的动作级语言。物体位姿有六维矢量表示。物体位姿有六维矢量表示。系统指令和用户自定义指令。系统指令和用户自定义指令。其它特征：其它特征：（1 1）描述来回操作可不用循环语句。）描述来回操作可不用循环语句。（2 2）可干脆在工作坐标系内运用。）可干脆在工作坐标系内运用。（3 3）可将要示教的轨迹定义成指令，加入）可将要示教的轨迹定义成指令，加入到语言到语言 中，可体现力。中，可体现力。Robot Programming 8.3 8.3 常用的机器人

15、编程语言常用的机器人编程语言 4.AL 4.AL语言（语言（7070年头，美，斯坦福高校）年头，美，斯坦福高校）基于基于ALGOLALGOL，和，和PASCALPASCAL共用。共用。用于多机械手并行限制的编程。用于多机械手并行限制的编程。基本功能语句：基本功能语句：标量标量 矢量矢量 旋转旋转 坐标系坐标系 变换变换 块结构形式块结构形式 运动语句运动语句 手的开合手的开合 两物体结合的操作两物体结合的操作 力觉的处理功能力觉的处理功能 力的稳定性限制力的稳定性限制 同时限制多个机械手同时限制多个机械手 可运用子程序及数组可运用子程序及数组 可与可与VALVAL语言进行信息沟通语言进行信息沟

16、通 Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 1.1.机器人离线的特点和主要内容机器人离线的特点和主要内容 优点：优点：（1 1）削减机器人非工作时间。）削减机器人非工作时间。（2 2）使编程者远离危急。）使编程者远离危急。（3 3）运用范围广。）运用范围广。（4 4）便于和）便于和CAD/CAMCAD/CAM系统结合。系统结合。（5 5）可运用高级编程语言对困难任务进行编）可运用高级编程语言对困难任务进行编程。程。（6 6）便于修改机器人程序。）便于修改机器人程序。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程

17、 1.1.机器人离线的特点和主要内容机器人离线的特点和主要内容 编程需考虑的内容：编程需考虑的内容：（1 1）机器人工作过程的学问。）机器人工作过程的学问。（2 2）机器人和工作环境三维实体模型。）机器人和工作环境三维实体模型。（3 3）机器人几何学，运动学和动力学学问。）机器人几何学，运动学和动力学学问。（4 4）可进行运动图形仿真。）可进行运动图形仿真。（5 5）轨迹规划和检查算法。）轨迹规划和检查算法。（6 6）传感器的接口和仿真。）传感器的接口和仿真。（7 7）通讯功能。）通讯功能。（8 8）用户接口。）用户接口。另，减小仿真与实际间误差。另，减小仿真与实际间误差。Robot Prog

18、ramming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.机器人离线编程系统的结构Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统的结构 （1 1）用户接口：）用户接口：两个接口，用于示教编程及语言编程。两个接口，用于示教编程及语言编程。重要部分：机器人语言。重要部分：机器人语言。对机器人系统进行图形编辑。对机器人系统进行图形编辑。（2 2）机器人系统的三维构型）机器人系统的三维构型 三种方式：结构立体几何表示。三种方式：结构立体几何表示。扫描表示。扫描表示。边界表示。边界表示。接受零件和工具的

19、接受零件和工具的CADCAD模型。模型。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统的结构 （3 3）运动学计算：）运动学计算：包括运动学正解及运动学反解两部分。包括运动学正解及运动学反解两部分。运动学反解：运动学反解：其与限制柜的联系选择，其与限制柜的联系选择，干脆输入关节干脆输入关节值。值。输入笛卡儿坐输入笛卡儿坐标值。标值。与限制柜通讯是的留意点，接受公式一样。与限制柜通讯是的留意点，接受公式一样。可行解确定准可行解确定准则一样。则一样。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的

20、离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统的结构 （4 4）轨迹规划：）轨迹规划：两种类型，自由移动。两种类型，自由移动。依靠于轨迹的约束运动。依靠于轨迹的约束运动。轨迹规划算法，关节空间及笛卡儿空间的差轨迹规划算法，关节空间及笛卡儿空间的差补计算。补计算。（5 5）动力学模型：）动力学模型：高速，重载下，防止较大误差。高速，重载下，防止较大误差。三类动力学模型，数字法。三类动力学模型，数字法。符号法。符号法。解析法。解析法。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统

21、的结构 （6 6）并行操作：）并行操作：多台机器人的协调工作。多台机器人的协调工作。一台机器人与视觉系统相协作。一台机器人与视觉系统相协作。（7 7）传感器的仿真：）传感器的仿真：主要是几何模型间干涉，相交检验问题。主要是几何模型间干涉，相交检验问题。触觉，接近觉及力觉传感器的仿真。触觉，接近觉及力觉传感器的仿真。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统的结构 （8 8）通讯接口：）通讯接口：把仿真生成的运动程序转换成各种机器把仿真生成的运动程序转换成各种机器人限制人限制 柜可接受的代码。柜可接受的

22、代码。方法一，选择较为通用的语言，然后再方法一，选择较为通用的语言，然后再对该语对该语 言加工。言加工。方法二，用翻译系统将离线编程结果快方法二，用翻译系统将离线编程结果快速生成速生成 机器人运动程序代码。机器人运动程序代码。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 2.2.机器人离线编程系统的结构机器人离线编程系统的结构 （9 9）误差的校正：）误差的校正：误差缘由误差缘由 机器人机器人 ，连杆制造误差和关节偏置，连杆制造误差和关节偏置变更。变更。结构刚度不足。结构刚度不足。相同型号机器人的不一样相同型号机器人的不一样性。性。限制器的误差。限制器的

23、误差。编程系统，数字精度。编程系统，数字精度。实际世界模型数据的质量。实际世界模型数据的质量。误差校正误差校正 一一 ，基准点方法。精度不高。，基准点方法。精度不高。二二 ，传感器反馈。精度教高。，传感器反馈。精度教高。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 3.机器人离线编程仿真系统HOLPSS（1）HOLPSS系统结构 语言处理模块 运动学及规划模块 三维构型模块 运动仿真模块 通讯模块 主控模块 传感器仿真模块 Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 3.机器人离线编程仿真系统HOLPSS（2）H

24、OLPSS系统的功能 一，三维几何构型 基本体的构造 ：扫操作方法。局部变形或集合运算。机器人总体构型：体素构造和分级装配。二，运动的动态仿真和动画技术 Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 3.机器人离线编程仿真系统HOLPSS（2）HOLPSS系统的功能 三，通讯及后置处理 两种通讯方式 ：翻译离线编程语言。只输入有关数据。两种传送方式 ：接口总线。磁盘。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 3.3.机器人离线编程仿真系统机器人离线编程仿真系统HOLPSSHOLPSS （2 2）HOLPSSHO

25、LPSS系统的功能系统的功能 四，机器人作业总体布局四，机器人作业总体布局 干脆搜寻。干脆搜寻。启发式搜寻。启发式搜寻。五，碰撞和路径优化五，碰撞和路径优化 5 5个自由度规定的弧焊作业。个自由度规定的弧焊作业。冗余度机器人避开碰撞和回避奇异性冗余度机器人避开碰撞和回避奇异性的自动的自动 规划。规划。Robot Programming 8.4 8.4 机器人的离线编程机器人的离线编程 3.3.机器人离线编程仿真系统机器人离线编程仿真系统HOLPSSHOLPSS （2 2）HOLPSSHOLPSS系统的功能系统的功能 六，协调运动的自动规划六，协调运动的自动规划 工件与重力矢量在焊接中保持确定关工件与重力矢量在焊接中保持确定关系。系。七，力限制系统的仿真七，力限制系统的仿真 八，自动调度八，自动调度 九，误差和公差的自动评估九，误差和公差的自动评估人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。