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文档简介

工业机器人编程语言:URScript(UniversalRobots):工业机器人编程基础1工业机器人编程语言:URScript(UniversalRobots):工业机器人编程基础1.1介绍URScript编程语言1.1.1URScript语言概述URScript是UniversalRobots(UR)公司为他们的协作机器人系列开发的一种专用编程语言。它被设计为直观且易于学习,旨在简化工业机器人的编程过程,使非专业编程人员也能快速上手。URScript支持直接在UR机器人的示教器上进行编程,无需额外的编程工作站,这大大提高了编程的灵活性和效率。URScript语言的核心特性包括:-直接控制:URScript允许直接控制机器人的关节和末端执行器的位置、速度和加速度。-高级功能:如TCP跟踪、力控制、碰撞检测等,这些功能对于实现复杂的工业自动化任务至关重要。-集成的I/O控制:URScript内置了对机器人I/O接口的控制,便于与外部设备的交互。-安全性:URScript编程环境内置了安全功能,确保在编程和运行过程中人员和设备的安全。1.1.2URScript与工业机器人的关系URScript是UR机器人操作的关键。通过URScript,用户可以定义机器人的运动路径、设置速度和加速度参数、控制工具I/O、实现力控制和碰撞检测等功能。URScript的灵活性和易用性使得UR机器人能够适应各种工业场景,从简单的物料搬运到复杂的装配和打磨任务。URScript与工业机器人的关系体现在以下几个方面:-编程接口:URScript是UR机器人与用户之间的主要编程接口,通过它,用户可以实现对机器人的精确控制。-自动化任务实现:URScript提供了丰富的函数和指令,帮助用户实现自动化任务,提高生产效率和质量。-安全操作:URScript内置的安全功能确保机器人在执行任务时不会对操作人员或周围环境造成伤害。1.1.3URScript编程环境设置设置URScript编程环境主要涉及以下几个步骤:1.连接机器人:首先,需要将电脑或示教器与UR机器人通过以太网或USB连接。2.访问URDashboard:通过浏览器访问UR机器人的IP地址,打开URDashboard,这是UR机器人的控制面板。3.创建程序:在URDashboard中,选择“Programs”选项,然后点击“NewProgram”来创建一个新的URScript程序。4.编辑程序:使用URScript语言在编辑器中编写程序。URScript编辑器提供了语法高亮和错误检查功能,帮助用户更高效地编程。5.运行程序:保存程序后,可以通过URDashboard的“Run”按钮来运行程序。在运行前,确保机器人处于安全状态,并且所有必要的I/O设备都已连接和配置。1.1.3.1示例:URScript程序创建与运行#URScript示例程序:移动机器人到指定位置

#定义目标位置

target_pose:=p[0.2,0.3,0.4,0,-3.14,0]

#移动机器人到目标位置

movej(target_pose,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#等待2秒

sleep(2)

#返回到初始位置

movej(p[0,0,0,0,0,0],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)在这个示例中,我们首先定义了一个目标位置target_pose,然后使用movej函数移动机器人到这个位置。movej函数的参数a和v分别控制加速度和速度,t和r用于指定时间或路径重定位。最后,我们使用sleep函数让机器人暂停2秒,然后返回到初始位置。1.1.3.2注意事项在编写URScript程序时,确保所有关节和末端执行器的运动都在安全范围内,避免碰撞。使用movej和movel等运动指令时,合理设置速度和加速度参数,以确保机器人运动的平滑性和安全性。在程序中加入适当的sleep指令,可以控制机器人的动作顺序,避免因动作过快而导致的意外。测试程序前,检查所有I/O设备的连接和配置,确保它们能够正确响应机器人的指令。通过以上步骤和示例,我们可以看到URScript编程语言在工业机器人自动化中的应用和重要性。它不仅提供了对机器人运动的精确控制,还集成了高级功能和安全机制,使得UR机器人成为工业自动化领域中一个强大且灵活的工具。2工业机器人编程语言:URScript(UniversalRobots):编程基础2.1基础URScript编程概念2.1.1变量和数据类型在URScript中,变量用于存储数据,这些数据可以是数值、字符串、列表、字典等。URScript支持的主要数据类型包括:整数(int):用于存储整数值。浮点数(float):用于存储带小数点的数值。字符串(str):用于存储文本数据。列表(list):用于存储一系列有序的元素。字典(dict):用于存储键值对。2.1.1.1示例:变量和数据类型//定义整数变量

intmy_int=10;

//定义浮点数变量

floatmy_float=3.14;

//定义字符串变量

strmy_str="Hello,URScript!";

//定义列表变量

listmy_list=[1,2,3,4,5];

//定义字典变量

dictmy_dict={"key1":1,"key2":2};2.1.2控制结构:循环与条件语句URScript提供了基本的控制结构,包括循环和条件语句,用于控制程序的流程。2.1.2.1循环for循环:用于重复执行一段代码特定次数。while循环:用于在满足特定条件时重复执行一段代码。2.1.2.2示例:循环//for循环示例

for(inti=0;i<5;i=i+1){

set_digital_out(1,True);

sleep(1);

set_digital_out(1,False);

sleep(1);

}

//while循环示例

inti=0;

while(i<5){

set_digital_out(1,True);

sleep(1);

set_digital_out(1,False);

sleep(1);

i=i+1;

}2.1.2.3条件语句if语句:用于基于条件执行代码。if-else语句:用于基于条件执行代码,如果条件不满足,则执行else块中的代码。if-elif-else语句:用于基于多个条件执行代码。2.1.2.4示例:条件语句//if语句示例

if(get_analog_in(0)>5){

set_digital_out(1,True);

}else{

set_digital_out(1,False);

}

//if-elif-else语句示例

if(get_analog_in(0)>10){

set_digital_out(1,True);

}elif(get_analog_in(0)>5){

set_digital_out(2,True);

}else{

set_digital_out(3,True);

}2.1.3函数和模块的使用URScript允许定义函数和使用模块,以实现代码的复用和模块化。2.1.3.1函数函数在URScript中用于封装可重复使用的代码块。函数可以接受参数,并返回值。2.1.3.2示例:函数//定义函数

defmove_robot(floatx,floaty,floatz){

movej(p[x,y,z,0,0,0],a=0.1,v=0.1,t=0,r=0);

}

//调用函数

move_robot(0.2,0.3,0.4);2.1.3.3模块模块是URScript中用于组织和封装相关功能的代码集合。通过导入模块,可以使用模块中定义的函数和变量。2.1.3.4示例:模块的使用假设有一个名为my_module.urp的模块文件,其中包含一个名为my_function的函数。//导入模块

importmy_module;

//使用模块中的函数

my_module.my_function();模块文件my_module.urp的内容可能如下://my_module.urp

defmy_function(){

//函数实现

}2.2结论通过掌握URScript中的变量和数据类型、控制结构以及函数和模块的使用,您可以开始编写更复杂和功能丰富的工业机器人程序。这些基础概念是URScript编程的核心,理解它们将为您的编程之旅奠定坚实的基础。3URScript中的运动控制3.1基本运动指令详解URScript,作为UniversalRobots(UR)机器人系列的专用编程语言,提供了丰富的运动控制指令,使机器人能够执行精确的运动。下面,我们将详细介绍URScript中的基本运动指令。3.1.1movej-关节空间运动movej指令用于控制机器人在关节空间中移动,即机器人通过改变各关节的角度来达到目标位置。此指令保证了机器人在移动过程中的速度和加速度平滑,适用于需要快速移动但对路径精度要求不高的场景。3.1.1.1代码示例movej([0.349,-1.571,1.571,-1.571,-1.571,0.0],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)参数解释:[0.349,-1.571,1.571,-1.571,-1.571,0.0]:目标关节角度,单位为弧度。a=1.0:加速度,单位为m/s^2。v=0.5:速度,单位为m/s。t=0:如果设置为非零值,则运动将在指定的时间内完成,单位为秒。r=0:重定位参数,用于控制末端执行器的姿态。3.1.2movel-线性空间运动movel指令用于控制机器人在笛卡尔空间中进行线性运动,即机器人末端执行器沿直线路径移动到目标位置。此指令适用于需要精确路径控制的场景,如焊接、涂装等。3.1.2.1代码示例movel(p[0.5,0.2,0.3,3.14,0,0],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)参数解释:p[0.5,0.2,0.3,3.14,0,0]:目标位置和姿态,前三个值表示x、y、z坐标,后三个值表示姿态(绕x、y、z轴的旋转角度)。a=1.0:加速度,单位为m/s^2。v=0.5:速度,单位为m/s。t=0:如果设置为非零值,则运动将在指定的时间内完成,单位为秒。r=0:重定位参数,用于控制末端执行器的姿态。3.1.3movec-圆弧运动movec指令用于控制机器人执行圆弧运动,即机器人末端执行器沿圆弧路径移动到目标位置。此指令适用于需要圆弧路径控制的场景,如打磨、装配等。3.1.3.1代码示例movec(p1[0.5,0.2,0.3,3.14,0,0],p2[0.5,0.2,0.6,3.14,0,0],a=1.0,v=0.5)参数解释:p1[0.5,0.2,0.3,3.14,0,0]:圆弧的起点位置和姿态。p2[0.5,0.2,0.6,3.14,0,0]:圆弧的终点位置和姿态。a=1.0:加速度,单位为m/s^2。v=0.5:速度,单位为m/s。3.2路径规划与运动控制在URScript中,路径规划与运动控制紧密相关。机器人在执行任务时,需要根据任务需求规划出最优路径,并通过运动控制指令实现这一路径。URScript提供了多种路径规划和运动控制的工具,如set_path_time和set_path_config,以适应不同的应用需求。3.2.1set_path_time-设置路径时间set_path_time指令用于设置机器人完成路径规划的时间。这有助于在路径规划时控制机器人运动的平滑性和速度。3.2.1.1代码示例set_path_time(5.0)参数解释:5.0:设置机器人完成路径规划的时间为5秒。3.2.2set_path_config-设置路径配置set_path_config指令用于设置路径规划的配置参数,如路径的平滑度、速度限制等。3.2.2.1代码示例set_path_config("smoothness",0.8)参数解释:"smoothness":设置路径的平滑度。0.8:平滑度值,范围在0到1之间,值越大路径越平滑。3.3速度和加速度控制URScript中的速度和加速度控制是通过运动控制指令中的参数实现的。这些参数允许用户精确控制机器人运动的速度和加速度,从而确保机器人在执行任务时的安全性和效率。3.3.1速度控制在movej、movel和movec指令中,速度参数v用于控制机器人运动的速度。速度单位为m/s,可以根据具体应用需求进行调整。3.3.2加速度控制加速度参数a用于控制机器人运动的加速度。加速度单位为m/s^2,通过调整加速度可以控制机器人在启动和停止时的平滑性,避免对机器人或工件造成冲击。3.3.3示例:速度和加速度控制movej([0.349,-1.571,1.571,-1.571,-1.571,0.0],a=0.5,v=0.3,t=0,r=0)参数解释:a=0.5:设置加速度为0.5m/s^2。v=0.3:设置速度为0.3m/s。通过调整a和v参数,可以实现对机器人运动的精细控制,确保在各种应用中都能达到最佳的性能和安全性。4URScript编程实践4.1编写简单的URScript程序URScript是UniversalRobots公司开发的一种用于其工业机器人编程的高级语言。它允许用户以直观的方式控制机器人,执行复杂的任务。下面是一个简单的URScript程序示例,用于控制机器人移动到一个预设的位置://程序名称:MoveToPosition

//功能:控制机器人移动到指定位置

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//定义目标位置

target_pose:=p[0.2,-0.1,0.4,3.14,0,0]

//移动到目标位置

movel(target_pose,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)4.1.1代码解析target_pose:=p[0.2,-0.1,0.4,3.14,0,0]:定义了一个目标位置,其中[0.2,-0.1,0.4]是目标点的x、y、z坐标,[3.14,0,0]是目标点的旋转角度(绕x、y、z轴)。movel(target_pose,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0):使用线性运动(movel)指令,控制机器人以加速度a=1.0,速度v=0.5移动到target_pose位置。t=0表示不使用时间控制,r=0表示不使用圆形路径。4.2调试和错误处理在URScript编程中,调试和错误处理是确保程序正确运行的关键步骤。URScript提供了多种调试工具,包括日志记录和错误代码。4.2.1日志记录使用log函数可以记录程序运行时的信息,帮助诊断问题://程序名称:DebuggingExample

//功能:使用日志记录调试信息

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//记录开始信息

log("程序开始运行")

//模拟错误

if1==2:

log("发生错误:条件不满足")

else:

log("条件满足,继续执行")

//记录结束信息

log("程序结束运行")4.2.2错误代码URScript中的错误代码可以帮助识别和处理运行时错误。例如,使用get_last_error函数可以获取最近的错误信息://程序名称:ErrorHandlingExample

//功能:捕获并处理错误

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//尝试执行可能出错的操作

try:

//假设这里有一个错误操作

invalid_function()

except:

//获取错误信息

error_code:=get_last_error()

//记录错误信息

log("发生错误:"+error_code)4.3程序优化技巧优化URScript程序可以提高执行效率,减少不必要的等待时间,确保机器人操作的流畅性和准确性。4.3.1减少不必要的等待在URScript中,避免使用不必要的waittime指令,可以通过精确控制运动参数来减少等待时间://程序名称:OptimizationExample

//功能:优化程序减少等待时间

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//定义目标位置

target_pose:=p[0.2,-0.1,0.4,3.14,0,0]

//使用较高的速度和加速度减少移动时间

movel(target_pose,a=1.4,v=0.7,t=0,r=0)4.3.2利用并行操作URScript支持并行执行指令,例如,可以在机器人移动的同时执行其他操作,如抓取或释放物体://程序名称:ParallelOperationsExample

//功能:并行执行移动和抓取操作

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//定义目标位置

target_pose:=p[0.2,-0.1,0.4,3.14,0,0]

//开始并行操作

parallel:

//移动到目标位置

movel(target_pose,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

//抓取操作

gripper_close()

endparallel4.3.3代码复用通过定义函数和宏,可以避免重复代码,提高程序的可读性和可维护性://程序名称:CodeReuseExample

//功能:定义函数以复用代码

//作者:Stitch

//日期:2023-04-01

//定义抓取函数

defgripper_close():

log("开始抓取")

//执行抓取逻辑

//...

log("抓取完成")

end

//定义释放函数

defgripper_open():

log("开始释放")

//执行释放逻辑

//...

log("释放完成")

end

//调用函数

gripper_close()

movel(p[0.2,-0.1,0.4,3.14,0,0],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

gripper_open()通过上述示例和技巧,可以有效地编写、调试和优化URScript程序,确保工业机器人的高效和准确操作。5高级URScript编程技术5.1I/O控制与外部设备集成在工业自动化领域,机器人与外部设备的交互至关重要。URScript提供了丰富的I/O控制功能,允许机器人与传感器、执行器、PLC等设备进行通信。这不仅增强了机器人的灵活性,还提高了生产线的效率和自动化水平。5.1.1I/O控制基础URScript中的I/O控制主要通过set_digital_out和get_digital_in函数实现。这些函数允许机器人读取和设置数字I/O信号,从而与外部设备进行交互。5.1.1.1示例代码#设置数字输出信号

set_digital_out(1,True)#将数字输出1设置为高电平

#读取数字输入信号

input_signal=get_digital_in(1)#读取数字输入1的信号5.1.2外部设备集成集成外部设备时,通常需要机器人根据传感器的反馈执行特定动作。例如,当一个光电传感器检测到工件时,机器人可以开始抓取动作。5.1.2.1示例代码#等待数字输入信号

whilenotget_digital_in(1):

pass

#一旦检测到信号,执行抓取动作

set_digital_out(2,True)#激活抓取器

sleep(1)#等待1秒,确保抓取器完全闭合

set_digital_out(2,False)#关闭抓取器5.2多机器人协同编程在复杂的工业环境中,多个机器人协同工作可以显著提高生产效率和灵活性。URScript支持多机器人编程,允许机器人之间通过网络进行通信,实现同步和协作。5.2.1多机器人通信多机器人通信可以通过URScript的socket库实现。机器人可以作为服务器或客户端,通过TCP/IP协议进行数据交换。5.2.1.1示例代码#作为服务器接收数据

socket=socket_create(listen_port=10000,reuse=True)

socket_accept(socket)

data=socket_recv(socket,1024)

socket_close(socket)

#作为客户端发送数据

socket=socket_create()

socket_connect(socket,"192.168.1.100",10000)

socket_send(socket,"Hello,Robot!")

socket_close(socket)5.2.2协同任务规划协同任务规划需要考虑机器人之间的相对位置和运动轨迹,确保安全和效率。URScript提供了wait_for函数,可以等待特定条件满足后继续执行,这对于多机器人同步至关重要。5.2.2.1示例代码#机器人A等待机器人B完成任务

wait_for("robotB_task_completed",timeout=60)

#机器人B完成任务后,设置信号

set_digital_out(3,True)#设置数字输出3,表示任务完成5.3实时通信与数据流实时通信与数据流对于监控和控制工业机器人至关重要。URScript通过socket库和rtde(Real-TimeDataExchange)功能,支持高速数据传输和实时控制。5.3.1RTDE数据交换RTDE允许机器人与外部控制器之间进行高速数据交换,包括关节位置、工具姿态、速度等信息。这对于实时监控和调整机器人运动非常有用。5.3.1.1示例代码#启用RTDE输出

rtde_output_enable(True)

#读取RTDE输出数据

rtde_data=rtde_output_get()5.3.2实时控制通过实时数据流,可以实现对外部设备的实时控制。例如,根据实时传感器数据调整机器人运动。5.3.2.1示例代码#根据实时传感器数据调整速度

sensor_data=get_analog_in(0)#读取模拟输入0的数据

speed=sensor_data*0.1#将传感器数据转换为速度

movej(p1,a=0.1,v=speed,t=0,r=0)#根据速度调整关节运动通过上述高级URScript编程技术,可以实现工业机器人与外部设备的高效集成,多机器人之间的协同工作,以及基于实时数据的精确控制,极大地提升了工业自动化系统的性能和可靠性。6URScript编程案例分析6.1拣选与放置操作6.1.1原理与内容在工业自动化中,拣选与放置操作是机器人执行的常见任务之一。URScript,作为UniversalRobots的专用编程语言,提供了丰富的功能来实现这一操作。拣选与放置通常涉及机器人手臂的精确移动、抓取物体、移动到目标位置并释放物体。URScript通过控制关节角度、线性运动、抓手状态等,实现这一系列动作。6.1.2示例代码#定义抓手控制函数

defgripper_control(state):

ifstate=="open":

#打开抓手

set_digital_out(2,False)

elifstate=="close":

#关闭抓手

set_digital_out(2,True)

#定义拣选操作

defpick_object():

#移动到物体上方

movej([0.1,-0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#线性下降到物体表面

movel([0.1,-0.2,0.2,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#关闭抓手

gripper_control("close")

#线性上升

movel([0.1,-0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#定义放置操作

defplace_object():

#移动到放置位置上方

movej([0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#线性下降到放置位置

movel([0.1,0.2,0.2,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#打开抓手

gripper_control("open")

#线性上升

movel([0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#主程序

pick_object()

place_object()6.1.3解释gripper_control函数通过控制数字输出信号来开关抓手。pick_object函数首先使用movej关节运动指令移动到物体上方,然后使用movel线性运动指令下降到物体表面,关闭抓手后再次线性上升。place_object函数与pick_object类似,但目标是放置位置,最后打开抓手释放物体。6.2焊接与装配应用6.2.1原理与内容焊接与装配是工业机器人在制造过程中的关键应用。URScript通过精确控制机器人末端执行器的位置和姿态,实现高质量的焊接和装配。焊接通常需要机器人沿着预定义的路径移动,同时控制焊接电流和电压;装配则可能需要机器人执行更复杂的路径规划,以确保零件正确对齐和安装。6.2.2示例代码#定义焊接路径

defwelding_path():

#设置焊接速度和加速度

set_welding_speed(0.1)

set_welding_acceleration(0.5)

#开始焊接

set_welding_on(True)

#沿路径点移动

movel([0.1,-0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

movel([0.1,-0.2,0.4,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

movel([0.1,-0.2,0.5,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#结束焊接

set_welding_on(False)

#定义装配操作

defassembly_operation():

#移动到装配位置上方

movej([0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

#线性下降到装配位置

movel([0.1,0.2,0.2,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#执行装配动作

set_digital_out(3,True)

#等待装配完成

time.sleep(5)

#结束装配动作

set_digital_out(3,False)

#线性上升

movel([0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6],a=0.5,v=0.25,t=0,r=0)

#主程序

welding_path()

assembly_operation()6.2.3解释welding_path函数定义了焊接路径,通过设置焊接速度和加速度,确保焊接过程的稳定性和质量。机器人沿预设路径点移动,同时开启和关闭焊接功能。assembly_operation函数用于执行装配操作,机器人移动到装配位置,通过数字输出信号控制装配工具,等待装配完成后再上升。6.3自动化生产线集成6.3.1原理与内容自动化生产线集成涉及将UR机器人与生产线上的其他设备(如传感器、传送带、视觉系统等)协同工作。URScript提供了与外部设备通信的接口,如TCP/IP、串行通信等,使得机器人能够根据生产线的实时状态调整其动作。6.3.2示例代码#定义与传感器通信函数

defsensor_communication():

#读取传感器数据

sensor_data=get_input(1)

#根据传感器数据调整动作

ifsensor_data==1:

#物体到达,执行拣选操作

pick_object()

else:

#物体未到达,等待

time.sleep(1)

#定义生产线集成操作

defproduction_line_integration():

#循环检查传感器状态

whileTrue:

sensor_communication()

#检查是否完成生产线任务

ifis_production_complete():

break

#主程序

production_line_integration()6.3.3解释sensor_communication函数读取传感器输入,根据传感器状态决定是否执行拣选操作。production_line_integration函数持续循环,检查传感器状态并执行相应的操作,直到生产线任务完成。以上案例展示了URScript在工业机器人编程中的应用,包括基本的运动控制、工具控制以及与生产线的集成。通过这些示例,可以理解URScript如何实现工业自动化中的关键任务。7URScript编程总结URScript,作为UniversalRobots(UR)机器人系列的专用编程语言,提供了直观且强大的工具,用于控制和编程UR机器人。它融合了高级语言的易用性和低级语言的控制精度,使得机器人编程既灵活又高效。下面,我们将总结URScript的关键特性与编程技巧。7.1关键特性直接控制:URScript允许直接控制机器人关节和TCP(工具中心点)的位置,速度,加速度等参数。安全性:通过内置的安全功能,如碰撞检测和速度限制,确保操作人员和设备的安全。实时性:支持实时数据处理和反馈,适用于需要快速响应的应用场景。模块化编程:支持函数和模块的创建,便于代码的重用和维护。7.2编程技巧7.2.1基本运动指令URScript中最常用的运动指令包括movej(关节运动)和movel(线性运动)。例如:movej(p1,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)

movel(p2,a=1.0,v=0.5,t=0,r=0)p1和p2是目标位置。a是加速度。v是速度。t是时间(如果设置为0,则根据速度和加速度自动计算)。r是转弯半径(仅在movel中使用)。7.2.2安全速度限制为了确保操作安

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