工業(yè)機(jī)器人編程技術(shù)

陳淥漪　管小清

[摘要]伴隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,機(jī)器人編程技術(shù)也得到發(fā)展和完善;機(jī)器人編程已成為機(jī)器人技術(shù)的一個重要部分;機(jī)器人的功能除了依靠機(jī)器人硬件的支持外,相當(dāng)一部分依賴機(jī)器人語言來完成。本文論述了機(jī)器人編程語言系統(tǒng)的組成,機(jī)器人的語言功能以及機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)等;在編程方法方面重點講述了如何確立機(jī)器人運(yùn)動軌跡和編程語言的規(guī)范,最后對比了兩種編程語言的特點并以實例講解。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)機(jī)器人 編程 示教

一、機(jī)器人編程語言系統(tǒng)的組成

機(jī)器人編程語言像一個計算機(jī)系統(tǒng),包括硬件、軟件和被控設(shè)備。即機(jī)器人語言包括語言本身、運(yùn)行語言的控制機(jī)、機(jī)器人、作業(yè)對象、周圍環(huán)境和外圍設(shè)備接口等。機(jī)器人編程語言系統(tǒng)的組成如圖1所示。圖中的箭頭表示信息的流向,機(jī)器人語言的所有指令均通過控制機(jī)經(jīng)過程序的編譯、解釋后發(fā)出控制信號。

控制機(jī)一方面向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動控制信號,另一方面,向外圍設(shè)備發(fā)控制信號,外圍設(shè)備如機(jī)器人焊接系統(tǒng)中的電焊機(jī)以及機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)中的空壓機(jī)等。周圍環(huán)境通過感知系統(tǒng)把環(huán)境信息通過控制機(jī)反饋給語言,而這里的環(huán)境是指機(jī)器人作業(yè)空間內(nèi)的物體位置、姿態(tài)以及物體之間的相互關(guān)系。

01

二、工業(yè)機(jī)器人的語言功能

1.運(yùn)算功能。運(yùn)算功能是機(jī)器人最重要的功能之一。對于裝有傳感器的機(jī)器人所進(jìn)行的主要是解析幾何運(yùn)算,包括機(jī)器人的正解、逆解、坐標(biāo)變換及矢量運(yùn)算等。根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果,機(jī)器人能自行決定工具或手爪下一步應(yīng)到達(dá)何處。

2.運(yùn)動功能。運(yùn)動功能是機(jī)器人最基本的功能。機(jī)器人的設(shè)計目的是用它來代替人的繁復(fù)勞動,因此機(jī)器人發(fā)展到今天,不管其功能多么復(fù)雜,動作控制仍然是其基本功能,也是機(jī)器人語言系統(tǒng)的基本功能。機(jī)器人的運(yùn)動功能就是機(jī)器人語言用最簡單的方法向各關(guān)節(jié)伺服裝置提供一系列關(guān)節(jié)位置及姿態(tài)信息,由伺服系統(tǒng)實現(xiàn)運(yùn)動。

3.決策功能。所謂決策的能就是指機(jī)器人根據(jù)作業(yè)空間范圍內(nèi)的傳感信息不做任何運(yùn)算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉(zhuǎn)移指令由分支程序來實現(xiàn)。條件滿足則執(zhí)行一個分支,不滿足則執(zhí)行另一個分支。

三、機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng)

要想操控機(jī)器人完全按照設(shè)定的軌跡運(yùn)動,必須明確機(jī)器人的坐標(biāo)系統(tǒng),在什么情況下該用何種坐標(biāo)系。當(dāng)前的主流機(jī)器人都是采用6自由度,即6個能夠獨(dú)立活動的坐標(biāo)軸,如圖2所示:

02

機(jī)器人可以建立的坐標(biāo)系有“World坐標(biāo)系”,“Base坐標(biāo)系”,“Tool坐標(biāo)系”,“Axis軸坐標(biāo)系”四個。各個坐標(biāo)系統(tǒng)的特點和用途均不一樣:Axis坐標(biāo)一般用來操作機(jī)器人的各個軸的運(yùn)動(如果是六個自由度的機(jī)器人會有A1-A6六個軸,每個軸都有自己的旋轉(zhuǎn)方向和角度),機(jī)器人在運(yùn)行過程中需要各個軸之間配合運(yùn)動,有旋轉(zhuǎn)也有直線等;World坐標(biāo)系統(tǒng)主要是在編程的時候用來標(biāo)定機(jī)器人的初始位置以及零點位置,該坐標(biāo)系統(tǒng)類似于空間三維坐標(biāo)系統(tǒng);Tool坐標(biāo)主要是機(jī)器人在進(jìn)行實際工作時的一個參照坐標(biāo)系,他的工具可以是夾具、焊鉗或者噴槍等;Base坐標(biāo)主要是機(jī)器人相對于自身的坐標(biāo)系統(tǒng),其原點一般在機(jī)器人底座的中心點。

四、工業(yè)機(jī)器人的編程

所有的機(jī)器人編程主要是從定義機(jī)器人運(yùn)行軌跡和運(yùn)行方式入手的。當(dāng)前主流的機(jī)器人都是采用定義三種軌跡方式:點到點,直線和圓弧。

1.點到點的移動:工作空間內(nèi)機(jī)器人始終在兩點之間的定位,以最快的路徑進(jìn)行,而且所有的軸的移動同時開始和結(jié)束,所有的軸必須同步;這時無法精確的預(yù)計機(jī)器人的軌跡。采用該語句進(jìn)行程序設(shè)計在實際操作過程中容易出現(xiàn)無法預(yù)知的運(yùn)動軌跡,如圖3,容易造成一定的安全事故,因此,在編程的時候盡量不用或者少用該語句。

03

2.線形移動:機(jī)器人在移動過程中,各轉(zhuǎn)軸之間將進(jìn)行配合,使得工具及工件參照點沿著一條通往目標(biāo)點的移動。一般,當(dāng)必須按給定的速度沿著某條精確的軌跡抵達(dá)一個點或者如果因為存在對撞的方式而不同以點到點移動的方式抵達(dá)某些點的時候,將采用線性移動。一般有兩種移動方式,分別為精確定位的移動和軌跡逼近的移動,如圖4所示:

04