工业机器人编程语言：Inform(Yaskawa)：工业机器人坐标系与运动控制

工业机器人编程语言：Inform(Yaskawa)：工业机器人坐标系与运动控制1工业机器人坐标系基础1.1坐标系的类型和定义在工业机器人编程中，坐标系是描述机器人位置和运动的基础。Inform编程语言（Yaskawa）支持多种坐标系，每种坐标系都有其特定的用途和定义方式。1.1.1世界坐标系世界坐标系（WorldCoordinateSystem）是机器人工作空间中的固定参考坐标系，通常与机器人的基座对齐。它的原点和方向在整个机器人操作过程中保持不变，是所有其他坐标系的参考基准。1.1.2关节坐标系关节坐标系（JointCoordinateSystem）描述了机器人每个关节的位置。在Inform中，关节坐标系的值直接对应于机器人各关节的旋转角度，是机器人运动控制的基础。1.1.3工具坐标系工具坐标系（ToolCoordinateSystem）定义了机器人末端执行器（工具）的位置和姿态。在Inform中，可以通过设置工具坐标系来精确控制工具在空间中的位置，这对于执行特定任务（如焊接、装配）至关重要。1.1.4用户坐标系用户坐标系（UserCoordinateSystem）是用户自定义的坐标系，用于简化编程和提高操作的直观性。在Inform中，用户可以定义多个用户坐标系，以适应不同的工作场景。1.2世界坐标系与关节坐标系1.2.1原理世界坐标系和关节坐标系之间的转换是通过机器人逆运动学（InverseKinematics）实现的。逆运动学计算从世界坐标系中的目标位置到机器人关节角度的映射，使机器人能够达到指定的空间位置。1.2.2示例代码以下是一个使用Inform编程语言将世界坐标系中的点转换为关节坐标系的示例：//定义世界坐标系中的目标点

POSpos_world={100,200,300,0,0,0};

//使用逆运动学计算关节坐标系

POSpos_joint;

IKINpos_world,pos_joint;

//输出关节坐标系的值

PRINTpos_joint;在上述代码中，pos_world定义了世界坐标系中的目标点，IKIN函数用于计算从世界坐标系到关节坐标系的转换，最后pos_joint存储了计算结果。1.3工具坐标系与用户坐标系1.3.1原理工具坐标系和用户坐标系的定义允许机器人在执行任务时更加灵活和精确。工具坐标系确保了工具在空间中的正确位置和姿态，而用户坐标系则提供了更直观的编程方式，使操作者能够更容易地控制机器人在特定工作区域内的运动。1.3.2示例代码以下是一个在Inform中定义工具坐标系和用户坐标系的示例：//定义工具坐标系

TOOLtool1={100,0,0,0,0,0};

//定义用户坐标系

FRAMEframe1={0,0,1000,0,0,0};

//使用工具坐标系和用户坐标系进行运动控制

MOVJtool1,frame1;在上述代码中，tool1定义了工具坐标系，frame1定义了用户坐标系。MOVJ指令用于控制机器人在关节空间中移动到用户坐标系下的指定位置，同时保持工具坐标系的正确姿态。1.4数据样例1.4.1工具坐标系数据样例假设我们正在使用一个六轴机器人，其末端执行器需要在特定位置进行焊接。我们定义工具坐标系如下：TOOLwelding_tool={50,0,100,0,90,0};这里，welding_tool的定义表示工具相对于机器人末端的位置和姿态。位置偏移为50mm在X轴方向，100mm在Z轴方向，而姿态偏移则表示工具在Y轴方向旋转了90度。1.4.2用户坐标系数据样例假设我们正在一个装配线上使用机器人，需要在多个固定位置进行装配。我们定义用户坐标系如下：FRAMEassembly_point1={0,0,500,0,0,0};

FRAMEassembly_point2={200,0,500,0,0,0};这里，assembly_point1和assembly_point2定义了两个不同的装配位置。通过使用用户坐标系，我们可以直接在这些坐标系下控制机器人的运动，而无需考虑其相对于世界坐标系的具体位置。通过这些示例，我们可以看到，工业机器人坐标系的定义和使用是实现精确和高效机器人运动控制的关键。在实际应用中，合理设置和使用这些坐标系可以极大地提高机器人的工作性能和灵活性。2工业机器人编程语言：Inform(Yaskawa)运动控制指令详解2.1直线运动指令LMOV2.1.1原理直线运动指令LMOV用于控制机器人沿直线路径从一个点移动到另一个点。此指令确保机器人在移动过程中保持各轴的同步，从而实现精确的直线运动。在工业应用中，直线运动常用于装配、搬运和焊接等需要高精度定位的任务。2.1.2内容LMOV指令的基本格式如下：LMOVP[目标点],V[速度],Z[加减速],T[时间];P[目标点]：定义机器人运动的终点位置。V[速度]：定义机器人运动的速度，单位通常为mm/s。Z[加减速]：定义加减速区，单位为mm。T[时间]：定义运动的持续时间，单位为s。2.1.3示例假设我们需要控制机器人从当前位置移动到坐标为(100,200,300)的点，速度为500mm/s，加减速区为50mm，运动时间为2秒。代码如下：LMOVP[100,200,300],V[500],Z[50],T[2];此指令将使机器人以指定的速度和加减速区，用时2秒，精确地移动到目标点。2.2圆弧运动指令AMOV2.2.1原理圆弧运动指令AMOV用于控制机器人沿圆弧路径移动。它通过定义圆弧的起点、中间点和终点来实现，确保机器人在运动过程中遵循预定的圆弧轨迹。圆弧运动在需要机器人执行曲线运动的场景中非常有用，如在曲面加工或圆周焊接中。2.2.2内容AMOV指令的基本格式如下：AMOVP[起点],P[中间点],P[终点],V[速度],Z[加减速],T[时间];P[起点]：定义圆弧运动的起点位置。P[中间点]：定义圆弧路径上的中间点，用于确定圆弧的形状。P[终点]：定义圆弧运动的终点位置。V[速度]：定义机器人运动的速度，单位通常为mm/s。Z[加减速]：定义加减速区，单位为mm。T[时间]：定义运动的持续时间，单位为s。2.2.3示例假设我们需要控制机器人从坐标(0,0,0)开始，经过中间点(100,100,0)，最终到达(200,0,0)，速度为400mm/s，加减速区为40mm，运动时间为3秒。代码如下：AMOVP[0,0,0],P[100,100,0],P[200,0,0],V[400],Z[40],T[3];此指令将使机器人以圆弧路径，从起点经过中间点到达终点，同时控制速度和加减速，确保运动的平滑性和准确性。2.3关节运动指令JMOV2.3.1原理关节运动指令JMOV用于控制机器人各关节独立移动到指定位置。与直线和圆弧运动不同，关节运动不保证机器人末端执行器的路径，而是直接控制每个关节的角度，适用于需要快速改变机器人姿态的场景。2.3.2内容JMOV指令的基本格式如下：JMOVJ[关节角度1],J[关节角度2],J[关节角度3],J[关节角度4],J[关节角度5],J[关节角度6],V[速度],Z[加减速];J[关节角度]：定义每个关节的目标角度。V[速度]：定义机器人运动的速度，单位通常为deg/s。Z[加减速]：定义加减速区，单位为deg。2.3.3示例假设我们需要控制机器人各关节分别移动到角度10°,20°,30°,40°,50°,60°，速度为100deg/s，加减速区为10deg。代码如下：JMOVJ[10],J[20],J[30],J[40],J[50],J[60],V[100],Z[10];此指令将使机器人各关节独立移动到指定角度，实现快速姿态调整。2.4快速运动指令QMOV2.4.1原理快速运动指令QMOV用于控制机器人以最快速度移动到指定位置，通常用于机器人在非工作状态下的快速定位。此指令不考虑路径，仅关注于快速到达目标点，因此在需要快速改变机器人位置但对路径精度要求不高的情况下使用。2.4.2内容QMOV指令的基本格式如下：QMOVP[目标点],V[速度],Z[加减速];P[目标点]：定义机器人运动的终点位置。V[速度]：定义机器人运动的最大速度，单位通常为mm/s。Z[加减速]：定义加减速区，单位为mm。2.4.3示例假设我们需要控制机器人快速移动到坐标为(300,400,500)的点，最大速度为1000mm/s，加减速区为100mm。代码如下：QMOVP[300,400,500],V[1000],Z[100];此指令将使机器人以最快速度移动到目标点，适用于非工作状态下的快速定位，如在生产线切换任务时的机器人快速移动。以上四种运动控制指令是Inform(Yaskawa)编程语言中用于控制工业机器人运动的核心指令，通过合理选择和使用，可以实现机器人在不同场景下的高效、精确和灵活的运动控制。3坐标系与运动控制的结合应用3.1在不同坐标系下的运动规划在工业机器人编程中，坐标系的选择直接影响到运动规划的效率和精度。Yaskawa的Inform语言支持多种坐标系，包括直角坐标系（World）、关节坐标系（Joint）、工具坐标系（Tool）和用户坐标系（User）。下面，我们将通过一个示例来展示如何在不同的坐标系下规划机器人的运动。3.1.1示例：在直角坐标系下移动到指定位置;定义直角坐标系下的目标位置

POSpos1={100,200,300,0,0,0};

;移动到目标位置

MoveLpos1,100,100;在这个例子中，pos1定义了直角坐标系下的目标位置，其中100,200,300分别代表X、Y、Z轴的坐标，而0,0,0代表绕X、Y、Z轴的旋转角度。MoveL指令用于让机器人以线性运动的方式移动到pos1位置，100,100分别代表速度和加速度的百分比。3.1.2示例：在关节坐标系下进行运动;定义关节坐标系下的目标位置

POSjoint_pos={0,30,60,90,120,150};

;移动到关节坐标系下的目标位置

MoveJjoint_pos,100,100;这里，joint_pos定义了关节坐标系下的目标位置，每个数值代表对应关节的角度。MoveJ指令用于让机器人以关节运动的方式移动到joint_pos位置，同样，100,100代表速度和加速度的百分比。3.2利用坐标系进行精准定位工业机器人在执行精密装配、焊接等任务时，需要在特定的坐标系下进行精准定位。这通常涉及到工具坐标系和用户坐标系的使用。3.2.1示例：在工具坐标系下进行定位;定义工具坐标系

FRAMEtool_frame={0,0,0,0,0,0};

;设置当前工具坐标系

SetTooltool_frame;

;在工具坐标系下移动到指定位置

MoveL{10,20,30,0,0,0},100,100;在这个例子中，我们首先定义了一个工具坐标系tool_frame，然后通过SetTool指令将其设置为当前工具坐标系。之后，MoveL指令在工具坐标系下移动到指定位置。3.2.2示例：在用户坐标系下进行定位;定义用户坐标系

FRAMEuser_frame={100,200,300,0,0,0};

;设置当前用户坐标系

SetUseruser_frame;

;在用户坐标系下移动到指定位置

MoveL{10,20,30,0,0,0},100,100;与工具坐标系类似，我们首先定义了一个用户坐标系user_frame，然后通过SetUser指令将其设置为当前用户坐标系。MoveL指令在用户坐标系下移动到指定位置。3.3运动控制中的速度与加速度调节速度和加速度的调节对于确保机器人运动的平稳性和安全性至关重要。在Inform语言中，可以通过调整速度和加速度的百分比来控制机器人的运动。3.3.1示例：调整速度和加速度;定义直角坐标系下的目标位置

POSpos1={100,200,300,0,0,0};

;以50%的速度和30%的加速度移动到目标位置

MoveLpos1,50,30;在这个例子中，我们使用MoveL指令让机器人移动到直角坐标系下的目标位置pos1，但是速度被设置为50%，加速度被设置为30%，以确保运动的平稳性。3.3.2示例：动态调整速度;定义直角坐标系下的目标位置

POSpos1={100,200,300,0,0,0};

;动态调整速度

SetSpeed70;

;以70%的速度移动到目标位置

MoveLpos1;通过SetSpeed指令，我们可以动态调整机器人的速度，之后的MoveL指令将按照设定的速度百分比执行。3.4结论通过上述示例，我们可以看到在不同的坐标系下规划机器人的运动，以及如何利用坐标系进行精准定位和调节速度与加速度，是工业机器人编程中不可或缺的技能。掌握这些技巧，可以显著提高机器人的工作效率和任务执行的精度。4高级运动控制技术4.1连续路径控制CP连续路径控制（ContinuousPathControl,CP）是工业机器人控制中的一种高级技术，主要用于需要机器人工具端沿连续路径精确移动的应用，如焊接、喷涂、切割等。在Inform编程语言中，实现CP控制需要对机器人的运动轨迹进行细致规划，确保机器人能够平滑、连续地完成任务。4.1.1原理CP控制的核心在于路径的连续性和速度的控制。机器人在执行CP控制时，不仅需要到达指定的点，还需要在这些点之间保持连续的运动，避免在路径上的任何点出现速度的突然变化。这要求机器人在运动过程中能够实时调整其速度和加速度，以适应路径的曲率变化。4.1.2内容在Inform中，CP控制可以通过使用CP指令来实现。下面是一个示例代码，展示了如何使用CP指令来规划一个连续的圆弧运动：//定义起始点

P1=[100,0,0,0,0,0];

//定义圆弧上的点

P2=[100,100,0,0,0,0];

P3=[0,100,0,0,0,0];

//定义结束点

P4=[0,0,0,0,0,0];

//使用CP指令规划连续路径

CPP1,P2,P3,P4;在上述代码中，P1、P2、P3和P4是定义在机器人工作空间中的点。CP指令将这些点连接起来，形成一个连续的路径，机器人将按照这个路径平滑移动。4.2智能路径规划与避障智能路径规划与避障是工业机器人在复杂环境中自主导航和作业的关键技术。它结合了传感器数据、环境模型和算法，使机器人能够自动规划出避开障碍物的最优路径。4.2.1原理智能路径规划通常基于地图构建和搜索算法。机器人首先通过传感器（如激光雷达、摄像头等）获取环境信息，构建环境地图。然后，使用如A*、Dijkstra等搜索算法在地图上寻找从起点到终点的无障碍路径。避障则是在路径规划过程中实时检测并避开障碍物，确保机器人安全运行。4.2.2内容在Inform中，虽然直接的智能路径规划与避障功能可能需要结合外部传感器和算法库，但可以通过编程实现基本的避障逻辑。下面是一个简单的示例，展示了如何在机器人运动过程中检测障碍物并调整路径：//定义起始点和目标点

P_start=[0,0,0,0,0,0];

P_goal=[200,200,0,0,0,0];

//检测障碍物

IFObstacleDetected()THEN

//调整目标点以避开障碍物

P_goal=[P_goal[1]+50,P_goal[2]-50,0,0,0,0];

ENDIF;

//移动到调整后的目标点

MOVEP_goal;在上述代码中，ObstacleDetected()是一个假设的函数，用于检测机器人周围是否存在障碍物。如果检测到障碍物，P_goal将被调整，以确保机器人能够避开障碍物并安全到达目标位置。4.3多机器人协同运动控制多机器人协同运动控制是指在工业生产中，多个机器人协同工作，共同完成一个任务。这要求机器人之间能够进行有效的通信和协调，确保它们的运动不会相互干扰。4.3.1原理多机器人协同运动控制基于分布式控制理论和通信技术。每个机器人都是一个独立的控制单元，它们通过网络通信共享信息，如位置、速度和任务状态。通过算法协调，机器人可以实现同步运动、任务分配和冲突避免。4.3.2内容在Inform中，实现多机器人协同运动控制需要使用通信指令和同步控制指令。下面是一个示例，展示了两个机器人如何协同完成一个搬运任务：//定义机器人1和机器人2的起始点

P_robot1_start=[0,0,0,0,0,0];

P_robot2_start=[0,100,0,0,0,0];

//定义目标点

P_goal=[200,200,0,0,0,0];

//机器人1和机器人2同时移动到目标点

SYNC_START;

MOVEP_robot1_start,P_goal;

MOVEP_robot2_start,P_goal;

SYNC_END;

//机器人1和机器人2完成搬运任务

//假设搬运任务由外部传感器触发

IFTaskTriggered()THEN

//执行搬运任务

PerformTask();

ENDIF;在上述代码中，SYNC_START和SYNC_END指令用于同步控制，确保机器人1和机器人2同时开始和结束运动。TaskTriggered()是一个假设的函数，用于检测搬运任务是否被触发。一旦任务被触发，PerformTask()将被执行，完成搬运任务。以上示例和内容仅为简化版的说明，实际应用中，连续路径控制、智能路径规划与避障、多机器人协同运动控制将涉及更复杂的算法和更详细的编程逻辑。在工业环境中，这些技术的实现还需要考虑安全、效率和成本等因素。5实践案例与编程技巧5.1编写简单的搬运程序在工业生产中，搬运程序是工业机器人最常见的应用之一。使用Yaskawa的Inform编程语言，我们可以轻松地编写出控制机器人进行物料搬运的程序。下面是一个简单的搬运程序示例，它展示了如何使用Inform语言来控制机器人从一个位置移动到另一个位置。;简单搬运程序示例

;目标：从位置A搬运物料到位置B

;定义位置A和位置B

POS_A=[100,200,300,0,0,0]

POS_B=[400,500,600,0,0,0]

;主程序开始

MAIN:

;初始化机器人

ROBOT_INIT

;移动到位置A

MOVE_ABSJPOS_A,v1000,z50,tool0,wrist0

;打开夹爪

GRIPPER_OPEN

;下降并抓取物料

MOVE_L[POS_A[1],POS_A[2],POS_A[3]-100,POS_A[4],POS_A[5],POS_A[6]],v500,z50,tool0,wrist0

GRIPPER_CLOSE

MOVE_LPOS_A,v500,z50,tool0,wrist0

;移动到位置B

MOVE_ABSJPOS_B,v1000,z50,tool0,wrist0

;下降并释放物料

MOVE_L[POS_B[1],POS_B[2],POS_B[3]-100,POS_B[4],POS_B[5],POS_B[6]],v500,z50,tool0,wrist0

GRIPPER_OPEN

MOVE_LPOS_B,v500,z50,tool0,wrist0

;程序结束

ROBOT_STOP5.1.1代码解释POS_A和POS_B定义了机器人需要移动到的两个绝对位置。MOVE_ABSJ是关节空间的绝对移动指令，用于快速移动到指定位置。GRIPPER_OPEN和GRIPPER_CLOSE控制夹爪的开合，用于抓取和释放物料。MOVE_L是线性移动指令，用于精确控制机器人在空间中的移动路径。5.2实现复杂轨迹的运动控制在某些应用场景下，机器人需要执行复杂的运动轨迹，如绘制曲线或执行特定的装配任务。Inform语言提供了多种路径规划和运动控制指令，以实现这些需求。下面的示例展示了如何使用Inform来控制机器人沿着一个预定义的曲线路径移动。;复杂轨迹运动控制示例

;目标：控制机器人沿着一个预定义的曲线路径移动

;定义曲线路径上的点

PATH_POINTS=[

[100,200,300,0,0,0],

[150,250,350,0,0,0],

[200,300,400,0,0,0],

[250,350,450,0,0,0]

]

;主程序开始

MAIN:

;初始化机器人

ROBOT_INIT

;遍历路径点

FORi=0TO3DO

;移动到路径上的点

MOVE_LPATH_POINTS[i],v500,z50,tool0,wrist0

ENDFOR

;程序结束

ROBOT_STOP5.2.1代码解释PATH_POINTS是一个数组，包含了机器人需要沿着移动的多个点。FOR循环用于遍历路径点数组，使机器人依次移动到每个点。MOVE_L指令在每次循环中被调用，以控制机器人沿着直线路径移动到下一个点。5.3调试与优化运动控制程序调试和优化是确保机器人程序正确性和效率的关键步骤。在Inform编程中，我们可以通过设置断点、使用日志记录和调整运动参数来优化程序。下面的示例展示了如何在搬运程序中添加日志记录，以帮助调试和优化。;调试与优化示例

;目标：在搬运程序中添加日志记录，以帮助调试和优化

;定义位置A和位置B

POS_A=[100,200,300,0,0,0]

POS_B=[400,500,600,0,0,0]

;主程序开始

MAIN:

;初始化机器人

ROBOT_INIT

;记录开始时间

TIME_START=TIME

;移动到位置A

MOVE_ABSJPOS_A,v1000,z50,tool0,wrist0

;记录到达位置A的时间

TIME_ARRIVE_A=TIME

LOG"到达位置A，用时:"+(TIME_ARRIVE_A-TIME_START)

;打开夹爪

GRIPPER_OPEN

;下降并抓取物料

MOVE_L[POS_A[1],POS_A[2],POS_A[3]-100,POS_A[4],POS_A[5],POS_A[6]],v500,z50,tool0,wrist0

GRIPPER_CLOSE

MOVE_LPOS_A,v500,z50,tool0,wrist0

;移动到位置B

MOVE_ABSJPOS_B,v1000,z50,tool0,wrist0

;记录到达位置B的时间

TIME_ARRIVE_B=TIME

LOG"到达位置B，用时:"+(TIME_ARRIVE_B-TIME_ARRIVE_A)

;下降并释放物料

MOVE_L[POS_B[1],POS_B[2],POS_B[3]-100,POS_B[4],POS_B[5],POS_B[6]],v500,z50,tool0,wrist0

GRIPPER_OPEN

MOVE_LPOS_B,v500,z50,tool0,wrist0

;记录结束时间

TIME_END=TIME

LOG"程序结束，总用时:"+(TIME_END-TIME_START)

;程序结束

ROBOT_STOP5.3.1代码解释TIME_START和TIME_END用于记录程序开始和结束的时间，以计算总用时。TIME_ARRIVE_A和TIME_ARRIVE_B记录了机器人到达位置A和位置B的时间，用于分析运动时间。LOG指令用于输出日志信息，帮助我们了解程序的执行情况和运动时间。通过以上示例，我们可以看到Inform编程语言在控制工业机器人执行搬运任务、复杂轨迹运动以及调试优化程序方面的强大功能。在实际应用中，根据具体需求调整程序参数和指令，可以进一步提高机器人的工作效率和精度。6工