8.4機(jī)器人的離線編程

1、東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,機(jī)器人技術(shù),第 五十五 講,主講教師：王興松,機(jī)器人編程Robot Programming,8.1 機(jī)器人編程要求與語(yǔ)言類型8.2 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能8.3 常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言8.4 機(jī)器人的離線編程,Robot Programming,8.1 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 機(jī)

2、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 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

3、態(tài)。,東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育,機(jī)器人技術(shù),第 五十六 講,主講教師：王興松,Robot Programming,8.1 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goal2,然后經(jīng)過(guò)via1到 goal3。 VAL-Ⅱ語(yǔ)言： AL語(yǔ)言（機(jī)械手garm） move goal1 move garm to goal1;

4、 move goal2 move garm to goal2; move vial move garm to goal3 via via1; move goal3,Robot Programming,8.1 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

5、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)。 ◆傳感器的輸出和程序追蹤。 ◆仿真。,Robot Programming,8.1 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。 可根據(jù)傳感器信號(hào)來(lái)控制程序的流程。 三類傳感器：

6、 ◆位置檢測(cè) ◆力覺和觸覺 ◆視覺,Robot Programming,8.1 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)間序列。

7、 ◆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 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

8、仿真。,Robot Programming,8.1 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 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

9、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 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 Pro

10、gramming,8.2 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

11、,8.2 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 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 機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

12、 2.機(jī)器人編程語(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 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

13、本功能 （6）傳感數(shù)據(jù)處理 內(nèi)體感受器 觸覺傳感器 距離傳感器 力和力矩傳感器 視覺傳感器,Robot Programming,8.3 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，UNIMATE2000，UNIMATE4000系列。 六種監(jiān)控指令： （1）定義位置，姿勢(shì)

14、（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 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

15、 （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 常用的機(jī)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

16、指令，加入到語(yǔ)言 中，可體現(xiàn)力。,Robot Programming,8.3 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。 基本功能語(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 手的開合 兩物體結(jié)合的操作 力覺的處理功能 力的穩(wěn)定性控制

17、 同時(shí)控制多個(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 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 Progr

18、amming,8.4 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)。 （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 Prog

19、ramming,8.4 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 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。

20、 掃描表示。 邊界表示。 采用零件和工具的CAD模型。,Robot Programming,8.4 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。

21、 與控制柜通訊是的注意點(diǎn)，采用公式一致。 可行解確定準(zhǔn)則一致。,Robot Programming,8.4 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

22、動(dòng)力學(xué)模型，數(shù)字法。 符號(hào)法。 解析法。,Robot Programming,8.4 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，接近覺及力覺傳感器的仿真。,Robo

23、t Programming,8.4 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 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)

24、（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

25、不高。 二 ，傳感器反饋。精度教高。,Robot Programming,8.4 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 機(jī)器人的離線編程 3.機(jī)器人離線編程仿真系統(tǒng)HOL

26、PSS （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)畫技術(shù),Robot Programming,8.4 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

27、 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。,Robot Programming,8.4 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。

28、 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 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