第9章 机器人语言

1、第九章第九章 机器人语言机器人语言 第一节第一节 概述概述 目前，在工业生产中应用的机器人的目前，在工业生产中应用的机器人的 主要编程方式有以下几种形式：主要编程方式有以下几种形式： 1 1）顺序控制的编程）顺序控制的编程 2 2）示教方式编程（手把手示教）示教方式编程（手把手示教） 3 3）示教盒示教）示教盒示教 4 4）脱机编程或预编程）脱机编程或预编程 （1 1）顺序控制的编程）顺序控制的编程 该方式比较古老，现较少应用该方式比较古老，现较少应用 （2 2）示教方式编程（手把手示教）示教方式编程（手把手示教） 目前目前90%90%以上的机器人还是采用示教方以上的机器人还是采用示教方 式编

2、程。式编程。 优点：优点： 易于被熟悉工作任务的人员所掌握。易于被熟悉工作任务的人员所掌握。 示教过程进行得很快，示教过后，马上即示教过程进行得很快，示教过后，马上即 可应用。可应用。 可以用与示教时不同的速度再现。可以用与示教时不同的速度再现。 示教方式编程也有一些缺点：示教方式编程也有一些缺点： 只能在人所能达到的速度下工作；只能在人所能达到的速度下工作； 难与传感器的信息相配合；难与传感器的信息相配合； 不能用于某些危险的情况；不能用于某些危险的情况； 在操作大型机器人时，这种方法不实用在操作大型机器人时，这种方法不实用; ; 难获得高速度和直线运动；难获得高速度和直线运动； 难于与其他

3、操作同步。难于与其他操作同步。 （3 3）示教盒示教）示教盒示教 示教盒一般用示教盒一般用 于对大型机器人或危险于对大型机器人或危险 作业条件下的机器人示作业条件下的机器人示 教。但这种方法仍然难教。但这种方法仍然难 以获得高的控制精度，以获得高的控制精度， 也难以与其他设备同步也难以与其他设备同步 和与传感器信息相配合。和与传感器信息相配合。 （4 4）脱机编程或预编程）脱机编程或预编程 脱机编程有以下几个方面的优点：脱机编程有以下几个方面的优点： 1 1）编程时可以不使用机器人；）编程时可以不使用机器人； 2 2） 可预先优化操作方案和运行周期；可预先优化操作方案和运行周期； 3 3） 可

4、重复使用以前的子程序；可重复使用以前的子程序； 4 4） 可用传感器探测外部信息；可用传感器探测外部信息； 5 5） 控制功能中可以包含控制功能中可以包含CADCAD和和CAMCAM信息；信息； 6 6） 可以预先运行程序来模拟实际运动。可以预先运行程序来模拟实际运动。 7 7） 对不同的工作目的，只需替换一部分待对不同的工作目的，只需替换一部分待 定的程序。定的程序。 第二节第二节 机器人编程语言的类别和机器人编程语言的类别和 基本特性基本特性 从描述操作命令的角度来看，机器人编程从描述操作命令的角度来看，机器人编程 语言的水平可以分为：语言的水平可以分为： 1 1）动作级：以机器人末端执行

5、器的动）动作级：以机器人末端执行器的动 作为中心来描述各种操作；作为中心来描述各种操作； 2 2）对象级：允许较粗略地描述操作对）对象级：允许较粗略地描述操作对 象的动作、操作对象之间的关系；象的动作、操作对象之间的关系； 3 3）任务级：只要直接指定操作内容就）任务级：只要直接指定操作内容就 可以了，为此，机器人必须一边思考一可以了，为此，机器人必须一边思考一 边工作。边工作。 二、机器人语言的基本特性二、机器人语言的基本特性 机器人语言一直以三种方式发展着：机器人语言一直以三种方式发展着： 1. 产生一种全新的语言；产生一种全新的语言； 2. 对老版本语言（指计算机通用语言）进对老版本语言

6、（指计算机通用语言）进 行修改和增加一些句法或规则；行修改和增加一些句法或规则； 3. 在原计算机编程语言种增加新的子程序。在原计算机编程语言种增加新的子程序。 机器人语言所应具有的特性：机器人语言所应具有的特性： 1 1清晰性、简易性和一致性清晰性、简易性和一致性 2. 2. 程序结构的清晰性：如程序结构的清晰性：如while-do-if-then-while-do-if-then- elseelse这种类似自然语言的语句代替简单的这种类似自然语言的语句代替简单的if if 和和gotogoto语句语句 3 3应用的自然性：由于这一特性的要求，使得应用的自然性：由于这一特性的要求，使得 机器

7、人语言逐渐增加各种功能，由低级向高级机器人语言逐渐增加各种功能，由低级向高级 发展。发展。 4 4易扩展性：从技术不断发展的观点来说，各易扩展性：从技术不断发展的观点来说，各 种机器人语言都能满足各自机器人的需要，又种机器人语言都能满足各自机器人的需要，又 能在扩展后满足未来新应用领域以及传感设备能在扩展后满足未来新应用领域以及传感设备 改进的需要。改进的需要。 5 5调试和外部支持工具调试和外部支持工具 它能快速有效地对程序进行修改，它能快速有效地对程序进行修改， 已商品化的较低级别的语言有非常丰富的已商品化的较低级别的语言有非常丰富的 调试手段。调试手段。 6 6效率：语言的效率取决于编程

8、的容易性。效率：语言的效率取决于编程的容易性。 第三节 动作级语言 一、一、ALAL语言语言 ALAL语言是一种高级程序设计系统，语言是一种高级程序设计系统， 描述诸如装配一类的任务。它有类似描述诸如装配一类的任务。它有类似ALGOLALGOL 的源语言，有将程序转换为机器码的编译的源语言，有将程序转换为机器码的编译 程序和由控制操作机械手和其他设备的实程序和由控制操作机械手和其他设备的实 时系统。编译程序是由斯坦福大学人工智时系统。编译程序是由斯坦福大学人工智 能实验室用高级语言编写的，在小型计算能实验室用高级语言编写的，在小型计算 机上实时运行。近年来该程序已能够在微机上实时运行。近年来该

9、程序已能够在微 型计算机上运行。型计算机上运行。 【例【例8-18-1】用】用ALAL语言语言 编制图编制图8-18-1机器人把机器人把 螺栓插入其中一个孔螺栓插入其中一个孔 里的作业。这个作业里的作业。这个作业 需要把机器人移至料需要把机器人移至料 斗上方斗上方A A点，抓取螺点，抓取螺 栓，经过栓，经过B B点、点、C C点再点再 把它移至导板孔上方把它移至导板孔上方 D D点（见图点（见图8-18-1），并），并 把螺栓插入其中一个把螺栓插入其中一个 孔里。孔里。 编制这个程序采取的步骤是：编制这个程序采取的步骤是： （1 1）定义机座、导板、料斗、导板孔、）定义机座、导板、料斗、导板孔

10、、 螺栓柄等的位置和姿态；螺栓柄等的位置和姿态； （2 2）把装配作业划分为一系列动作，）把装配作业划分为一系列动作， 如移动机器人、抓取物体和完成插入等；如移动机器人、抓取物体和完成插入等； （3 3）加入传感器以发现异常情况和监）加入传感器以发现异常情况和监 视装配作业的过程；视装配作业的过程； （4 4）重复步骤）重复步骤1 13 3，调试改进程序。，调试改进程序。 二、二、LUNALUNA语言及其特征语言及其特征 LUNALUNA语言是日本语言是日本SONYSONY公司开发用公司开发用 于控制于控制SRXSRX系列系列SCARASCARA平面关节型机器人的平面关节型机器人的 一种特有的

11、语言。一种特有的语言。LUNALUNA语言具有与语言具有与BASICBASIC相相 似的语法，它是在似的语法，它是在BASICBASIC语言基础上开发出语言基础上开发出 来的，且增加了能描述来的，且增加了能描述SRXSRX系列机器人特有系列机器人特有 的功能语句。该语言简单易学，是一种着的功能语句。该语言简单易学，是一种着 眼于末端操作器动作的动作级语言。眼于末端操作器动作的动作级语言。 1. 1. 语言概要语言概要 LUNALUNA语言使用的数据类型有标量语言使用的数据类型有标量 （整数或实数）、由四个标量组成的矢（整数或实数）、由四个标量组成的矢 量，它用直角坐标系（量，它用直角坐标系（O

12、 O- -XYZXYZ）来描述机）来描述机 器人和目标物体的位姿，使人易于理解，器人和目标物体的位姿，使人易于理解， 而且坐标系与机器人的结构无关。而且坐标系与机器人的结构无关。LUNALUNA 语言的命令以指令形式给出，由解释程语言的命令以指令形式给出，由解释程 序来解释。指令又可以分为由系统提供序来解释。指令又可以分为由系统提供 的基本指令和由使用者用基本指令定义的基本指令和由使用者用基本指令定义 的用户指令的用户指令 2. 2. 往返操作的描述往返操作的描述 机器人的操作中，很多基本动作都是有规律的往返机器人的操作中，很多基本动作都是有规律的往返 动作。例如上图所示，机器人末端执行器由动作。例如上图所示，机器人末端执行器由A A点移动到点移动到B B 点和点和C C点，我们用点，我们用LUNALUNA语言来编制程序为：语言来编制程序为： 10 DO PA PB PC10 DO PA PB PC GO 10 GO 10 可见，用可见，用LUNALUNA语言可以极为简便地编制动作程序。语言可以极为简便地编制动作程序。 四、对象级语言 一、一、AUTOPASSAUTOPASS语言及其特征语言及其特征 靠对象物状态的变化给出大概的描述，靠对象物状态的变化给出大概的描述， 把机器人的工作程序化语言，叫