基于解析器的Kuka-Volvo機(jī)器人離線焊接程序檢查

王建偉 何洪巖

摘? 要：為了縮短汽車的投產(chǎn)周期，汽車自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線多采用仿真驗(yàn)證然后輸出離線程序的方式完成工業(yè)機(jī)器人的編程工作。而由于軟件、人為等方面的因素，輸出的機(jī)器人程序可能存在各種錯(cuò)誤，削弱了離線編程的優(yōu)勢(shì)。文章介紹了一種基于flex和bison編寫的Kuka-Volvo機(jī)器人焊接程序的解析器，對(duì)輸出的離線程序進(jìn)行檢查。實(shí)驗(yàn)證明，該解析器可以有效檢測(cè)出程序中的錯(cuò)誤，從而及早修正程序中的錯(cuò)誤，保證離線程序的質(zhì)量，使汽車能夠盡快投產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人? 解析器? 焊接? 程序檢查

隨著科技的不斷進(jìn)步，汽車行業(yè)的競爭也日趨激烈。白車身制造是汽車制造中不可或缺的一環(huán)，而白車身焊接的柔性化不及涂裝和總裝，因此，白車身焊接線投產(chǎn)周期的縮短，有利于將汽車產(chǎn)品盡快推向市場，提高市場競爭力，從而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在白車身焊裝自動(dòng)生產(chǎn)線上，均使用工業(yè)機(jī)器人完成焊接任務(wù)，以提高效率，保證焊接質(zhì)量，并降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。機(jī)器人的焊接工作是由機(jī)器人程序驅(qū)動(dòng)的，為了進(jìn)一步縮短投產(chǎn)周期，并降低現(xiàn)場調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)器人程序多采用仿真軟件驗(yàn)證的離線編程方式編制。由于軟件不夠完善以及工作人員的疏漏，難免會(huì)出現(xiàn)輸出的離線程序存在各種各樣的問題，無法供生產(chǎn)線上的機(jī)器人直接使用，而在現(xiàn)場修改程序是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，削弱了離線編程所帶來的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)該情況，需要有一種手段來檢測(cè)出程序中存在的語法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤，方便在程序發(fā)放給生產(chǎn)線上的機(jī)器人前對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行修正。

使用解析器可以有效地檢測(cè)程序中的語法錯(cuò)誤，而應(yīng)用解析器生成的語法樹則可以進(jìn)行邏輯錯(cuò)誤的檢查。機(jī)器人程序解析由兩個(gè)部分構(gòu)成：詞法解析和語法解析。詞法解析是對(duì)程序文件中的內(nèi)容進(jìn)行分詞，識(shí)別有意義的最小元素;語法解析則是應(yīng)用詞法解析的結(jié)果，組合成有意義的語句，并將語句組合成語法樹。flex和bison是常用的兩種構(gòu)建解析器的工具，文獻(xiàn)[1]中講解了flex和bison的結(jié)合使用方式。

1? Kuka-Volvo機(jī)器人焊接程序

Kuka-Volvo是在Kuka機(jī)器人的基礎(chǔ)指令上開發(fā)出的適用于Volvo體系的機(jī)器人工藝包集合，文獻(xiàn)[2-5]中對(duì)擴(kuò)展部分的語法做了詳細(xì)的說明。一個(gè)完整的Kuka-Volvo機(jī)器人焊接程序模塊有兩個(gè)文件構(gòu)成：擴(kuò)展名為”.dat”的數(shù)據(jù)文件和擴(kuò)展名為”.src”的程序文件。

1.1 數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件存放變量的定義，包括空間位置、負(fù)載信息、信號(hào)地址等。數(shù)據(jù)的聲明均以”DECL”開始，之后是變量的類型和變量名稱，之后是變量的初始值。部分示例如下：

DECL LockSignType AllocateZone4={Number 27，Info[] "R1-1，R1-3 Weld and R4-2 Weld"}

1.2 程序文件

程序文件中定義機(jī)器人需要執(zhí)行的指令，包括運(yùn)動(dòng)、設(shè)備交互、時(shí)間同步等。程序文件中會(huì)定義若干程序塊，其中一個(gè)為主程序塊，主程序塊調(diào)用文件中的其他塊，而主程序則會(huì)被其他模塊調(diào)用。

2? 解析器構(gòu)造

flex是一種詞法分析生成器，可以根據(jù)定義好的詞法匹配規(guī)則，生成相應(yīng)的詞法分析程序。flex的詞法規(guī)則定義由3個(gè)部分構(gòu)成，使用'%%'作為分隔標(biāo)識(shí)。第一部分由聲明及選項(xiàng)組成。第二部分則是詞法規(guī)則的定義部分。詞法匹配規(guī)則由正則表達(dá)式書寫，并在表達(dá)式后面對(duì)匹配到的元素進(jìn)行相應(yīng)的處理。第三部分是附加的C語言代碼，這些代碼會(huì)直接復(fù)制到生成的詞法分析程序中。

分詞階段需要根據(jù)不同的語法定義相應(yīng)的詞法規(guī)則，此處主要依據(jù)Kuka-Volvo的規(guī)范編寫詞法規(guī)則，區(qū)分關(guān)鍵詞、注釋、數(shù)值等。由于篇幅有限，此處只摘錄部分詞法規(guī)則。

"DEFDAT"? {return DEFDAT;}

"ENDDAT"? {return ENDDAT;}

"DECL"? {return DECL;}

它是一個(gè)語法解析器生成器，經(jīng)常與flex結(jié)合使用。同flex一樣，bison的文件也由3個(gè)部分構(gòu)成：包含聲明和選項(xiàng)的第一部分，語法規(guī)則定義的第二部分，以及附加C語言代碼的第三部分，各部分之間也以'%%'分隔。

一個(gè)程序文件和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)文件被解析為一個(gè)模塊，數(shù)據(jù)文件被解析為模塊中的數(shù)據(jù)塊，程序文件被解析為模塊中的指令塊，而文件的基礎(chǔ)名稱（不含擴(kuò)展名）作為整個(gè)模塊的名稱。

數(shù)據(jù)塊存放變量列表，變量列表中的每個(gè)變量由名稱、類型和值構(gòu)成;指令塊則存放機(jī)器人的指令段列表，指令段由指令序列構(gòu)成，而指令又包含名稱和參數(shù)，參數(shù)可以是在數(shù)據(jù)塊中定義的變量。

bison的語法規(guī)則根據(jù)模塊的結(jié)構(gòu)編寫，從上至下，并采用遞歸的方式：

modular： blocklist{moduleAppendBlock（gCurrentModule，$1）;}

blocklist：/*nothing*/{$$=NULL;}

|block{$$=$1;}

|blocklist block{$$=blockListAppend（$1，$2）;}

block： statementlist{gCurrentBlock=blockCreateFromStatements（$1）;

$$=gCurrentBlock; }

|datblock{gCurrentBlock=blockCreateFromDatBlock（$1）;

$$=gCurrentBlock;}

|srcProgram{gCurrentBlock=blockCreateFromProgram（$1）;

$$=gCurrentBlock;}

3? 錯(cuò)誤檢查

錯(cuò)誤檢查程序首先初始化內(nèi)置變量表和函數(shù)表，然后使用解析器解析數(shù)據(jù)文件，生成變量表，然后再解析指令文件，分析機(jī)器人操作。在解析指令文件的時(shí)候可以完成一部分程序完整性檢查，如引用未定義的變量等，最后遍歷模塊完整的語法樹，查找一些高級(jí)的錯(cuò)誤，如干涉區(qū)定義不成對(duì)、信號(hào)定義但沒有使用等。

在所檢查的程序中發(fā)現(xiàn)了變量未定義的錯(cuò)誤和廢棄的函數(shù)使用警告，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。對(duì)實(shí)驗(yàn)的8臺(tái)機(jī)器人的離線程序進(jìn)行檢測(cè)。

4? 結(jié)語

通過解析器的構(gòu)建和使用，可以檢測(cè)出機(jī)器人離線程序的語法格式、數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)使用等錯(cuò)誤，有利于機(jī)器人程序錯(cuò)誤的早期修正，從而保證輸出的機(jī)器人離線程序的質(zhì)量。語法樹的構(gòu)建，也可以作為統(tǒng)計(jì)分析的一個(gè)基礎(chǔ)，對(duì)焊槍的使用、焊點(diǎn)的焊接及機(jī)器人干涉區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化，提高離線程序的質(zhì)量，因此，統(tǒng)計(jì)優(yōu)化是下一個(gè)研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1] John R.Levine.Flex & Bison[M].Sebastopol：Oreilly，2009.

[2] KUKA Roboter GmbH.VCC Basic[Z].KUKA Roboter GmbH，2013.

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[4] KUKA Roboter GmbH.VCC Spot Weld[Z].KUKA Roboter GmbH，2013.

[5] KUKA Roboter GmbH.VCC ToolChange[Z].KUKA Roboter GmbH，2013.

[6] 左培良，鄧先智，王建平.工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2019（9）：212-214.