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1、1 機(jī)器人軟件結(jié)構(gòu) 2 內(nèi)容簡介 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的編程語言 機(jī)器人的編程 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 機(jī)器人系統(tǒng)可大致由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 其中硬件系統(tǒng)包括機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及計 算機(jī)與控制系統(tǒng)，機(jī)器人的精度與執(zhí)行工作的速度由硬 件系統(tǒng)決定。 軟件系統(tǒng)則是所有控制程序的統(tǒng)稱，機(jī)器人執(zhí)行何種操 作、操作控制的方便性及具有的功能則由機(jī)器人的軟件 系統(tǒng)決定。 機(jī)器人的硬件系統(tǒng)己趨向于模塊化和簡單化，而且逐步 定型；機(jī)器人的軟件系統(tǒng)則由于機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的多樣 化而趨向于復(fù)雜化。 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，特別是智能
2、機(jī)器人的發(fā)展，機(jī) 器人的軟件在整個系統(tǒng)中占的比例將愈來愈大。 3 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 機(jī)器人的基本工作原理圖 4 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 很明顯，硬件系統(tǒng)則是動作的執(zhí)行者，而軟件系統(tǒng)是機(jī) 器人工作的指揮核心。 軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件是由機(jī)器人制造廠商提供，相當(dāng)于機(jī)器的操作 系統(tǒng)，它提供了各種控制機(jī)器人動作的手段和指令系統(tǒng)。 機(jī)器人的系統(tǒng)軟件的主要功能有：提供人一機(jī)器人對話 的手段、提供控制機(jī)器人的指令系統(tǒng)與編程環(huán)境、監(jiān)控 和管理機(jī)器人完成任務(wù)的過程和實時監(jiān)控各關(guān)節(jié)的運動。 應(yīng)用軟件是由用戶編制的，它是使機(jī)器人完成具體任務(wù) 的程序。 5 系統(tǒng)軟
3、件及結(jié)構(gòu) 按系統(tǒng)軟件功能的不同，機(jī)器 人系統(tǒng)軟件可用分級的方法概 括如圖所示。機(jī)器人具有的不 同軟件級別，是區(qū)別機(jī)器人先 進(jìn)性的重要標(biāo)志。 6 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第一級，即實時監(jiān)控軟件。任何機(jī)器人至少都具 有這一級的軟件，其主要任務(wù)是將期望的關(guān)節(jié)運動轉(zhuǎn)化 成各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力和驅(qū)動力矩，并監(jiān)視此運動的完成， 這級軟件大多由匯編語言寫成，要求有極好的實時性， 監(jiān)控整個運動的核心在這一級上。 系統(tǒng)的第二級是點位運動控制軟件。這是目前市場上多 數(shù)機(jī)器人均具有的，它只能控制點到點的運動，當(dāng)任務(wù) 復(fù)雜時，其編程比較繁瑣、困難，同時編出的程序一般 只能依順序執(zhí)行，很少有分支能力。 7 系
4、統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第三級是運動的控制軟件。這一級的主要任務(wù)是 進(jìn)行運動和軌跡的規(guī)劃，它保證任務(wù)的執(zhí)行過程在比較 優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行，指令較全，同時它可支持多設(shè)備的 協(xié)調(diào)工作，對具有這級軟件的機(jī)器人編程相對簡單一些。 系統(tǒng)的第四級是結(jié)構(gòu)化編程支持級。此級實質(zhì)上是一個 編譯系統(tǒng)，它使機(jī)器人的運動控制編程可以脫離機(jī)器人， 進(jìn)行離線的調(diào)試與仿真。 8 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第五級，目前大多數(shù)機(jī)器人都不具備。在這一級 給機(jī)器人編程時是以任務(wù)為單位給定的，不必用具體的 運動來描述，這是軟件的高級層次，主要用人工智能的 手段來解決。諸如環(huán)境的區(qū)別、任務(wù)的描述、任務(wù)的劃 分等問題，均需用該層軟件
5、來解決。很明顯，在整個機(jī) 器人軟件系統(tǒng)中有不少是用于監(jiān)控機(jī)器人運動過程的， 這相當(dāng)于機(jī)器人的內(nèi)部特性。一般來講，用戶關(guān)心的是 機(jī)器人的語言，而不是語言的具體工作過程。 9 機(jī)器人的編程語言 機(jī)器人的編程語言是機(jī)器人系統(tǒng)軟件的重要組成部分， 其發(fā)展與機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是同步的。 機(jī)器人語言有四種主要類型，從低級到高級分別是： 1、面向點位控制的機(jī)器人語言 (如 T3 FUNKY語言等 )； 2、面向運動的機(jī)器人語言 (如 VAL.EMUY.RCL語言等 )； 3、結(jié)構(gòu)化編程語言 (如 AL.MCL.MAPL語言等 )； 4、面向任務(wù)的機(jī)器人語言 (如 AUTOPASS語言
6、等 )。 10 機(jī)器人的編程語言 每個機(jī)器人的語言大都可以歸于上述一類中。另外一種 語言則是對任何機(jī)器人都適用的，那就是實時監(jiān)控語言， 但這種語言的使用需要很高的技巧及對系統(tǒng)硬件詳盡的 了解，一般用戶不必使用，只有研究人員才應(yīng)用此級軟 件。 目前，各種機(jī)器人語言紛繁復(fù)雜，機(jī)器人語言標(biāo)準(zhǔn)化的 要求日益迫切，機(jī)器人語言一方面向完善方向發(fā)展，另 一方面則可能向標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展。 11 機(jī)器人的編程 1 機(jī)器人的示教 用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時，必須預(yù)先對機(jī)器人發(fā)出指 示，規(guī)定機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容。 這個過程就稱為對機(jī)器人的示教或?qū)C(jī)器人的編程。 對機(jī)器人的示教
7、有不同的方法，要想讓機(jī)器人實現(xiàn)人們 所期望的動作，必須賦予機(jī)器人各種信息，首先是機(jī)器 人動作順序的信息及外部設(shè)備的協(xié)調(diào)信息；其次是與機(jī) 器人工作時的附加條件信息；再次是機(jī)器人的位置和姿 態(tài)信息。 12 機(jī)器人的編程 (1) 直接示教 就是我們常說的手把手示教，由人直接搬動機(jī)器人的手 臂對機(jī)器人進(jìn)行示教，如示教盒示教或操作桿示教等。 在這種示教中，為了示教方便及獲取信息的快捷而準(zhǔn)確， 人們可選擇在不同的坐標(biāo)系下示教，可在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、 直角坐標(biāo)系 (基坐標(biāo)系 )以及工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系或 用戶自定義的坐標(biāo)系下示教。 13 機(jī)器人的編程 (2) 離線示教 不對實際作業(yè)的機(jī)器人直接進(jìn)
8、行示教，而是脫離實際作 業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對機(jī)器人進(jìn)行示教。在離 線示教法 (離線編程 )中，通過使用計算機(jī)內(nèi)存儲的模型 (CAD模型 )，不要求機(jī)器人實際產(chǎn)生運動，便能在示教結(jié) 果的基礎(chǔ)上對機(jī)器人的運動進(jìn)行仿真，從而確定示教內(nèi) 容是否恰當(dāng)及機(jī)器人是否按人們期望的方式運動。 14 機(jī)器人的編程 2機(jī)器人語言及其分類 機(jī)器人軟件的類型大致有三種： 伺服控制級軟件； 機(jī)器人運動控制級軟件，用于對機(jī)器人軌跡控制 插補和坐標(biāo)變換等； 周邊裝置的控制軟件。 為了讓機(jī)器人產(chǎn)生人們所期望的動作，實現(xiàn)上述三類軟 件的功能，就必須設(shè)計機(jī)器人的運動過程和編制完成這 種運動過程的
9、先后順序，這與計算機(jī)編制程序的概念是 一樣的。于是使用一種形式語言來描述機(jī)器人的運動， 這種形式語言叫做機(jī)器人語言 (Robot Language)。 15 機(jī)器人的編程 以機(jī)器人語言為線索，利用機(jī)器人語言對機(jī)器人編程， 實現(xiàn)對機(jī)器人及其周邊裝置的控制。機(jī)器人語言的含義 是，機(jī)器人語言是在人與機(jī)器人之間的一種記錄信號或 交換信息的程序語言。 關(guān)于機(jī)器人語言的分類，從不同的方面考慮有很多種分 類方法，通常人們根據(jù)作業(yè)描述水平的高低分為三級： (1)動作級 動作級語言是以機(jī)器人的運動作為描述的中心，由一系 列命令組成，一般一個命令對應(yīng)一個動作，語言簡單， 易于編程，缺點是不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。 16 機(jī)器人的編程 (2)對象級 對象級語言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語言。 (3) 任務(wù)級 任務(wù)級是比較高級的機(jī)器人語言，這類語言允許使用者 對工作任務(wù)要求達(dá)到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機(jī) 器人所做的每一個動作的細(xì)節(jié)。只要按某種原則給出最 初的環(huán)境模型和最終的工作狀態(tài)，機(jī)器人可自動進(jìn)行推 理計算，最后生成機(jī)器人的動作。 17 18
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