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课程论文 题 目 示教再现机器人 学 院 机械交通学院 专 业 机械制造及其 自动化 班级 机制104班 姓 名 杨皓然 学号 103731431 指导教师 刘小勇 职称 教授 2013年 6月 21日 示教再现机器人 摘要 : 关键词 : 1 　引言 用机器人代替人进行作业时,必须预先对机器人发出指示,规定机器人进行应该完成的动作和作业的具体内容。这个过程就称为对机器人的示教或对机器人的编程。对机器人的示教有不同的方法,要想让机器人实现人们所期望的动作,必须赋予机器人各种信息,先是机器人动作顺序的信息及外部设备的协调信息;其次是与机器人工作时的附加条件信息;再次是机器人的位置和姿态信息。前两个方面很大程度上是与机器人要完成的工作以及相关的工艺要求有关,位置和姿态的示教通常是机器人示教的重点。 2 　示教的分类 目前机器人位姿的示教大致有两种方式:直接示教和离线示教,而随着计算机虚拟现实技术的快速发展,出现了虚拟示教编程系统。位姿示教框图见图 1。 图 1 　位姿示教框图 2. 1 　直接示教 所谓直接示教,就是指我们通常所说的手把手示教,由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教,如示教盒示教或操作杆示教等。在这种示教中,为了示教方便以及获取信息的快捷而准确,操作者可以选择在不同坐标系下示教,例如,可以选择在关节坐标系(Joint Coordinates)、直角坐标系(Rectangular Co2ordinates)以及工具坐标系(Tool Coordinates)或用户坐标系(Us2er Coordinates)下进行示教。 2. 2 　离线示教 离线示教与直接示教不同,操作者不对实际作业的机器人直接进行示教,而是脱离实际作业环境生成示教数据,间接地对机器人进行示教。在离线示教法 ( 离线编程) 中,通过使用计算机内存储的机器人模型(CAD模型),不要求机器人实际产生运动,便能在示教结果的基础上对机器人的运动进行仿真,从而确定示教内容是否恰当及机器人是否按人们期望的方式运动。 2. 3 　虚拟示教编程 直接示教面向作业环境,相对来说比较简单直接、适用于批量生产场合,而离线编程则充分利用计算机图形学的研究成果,建立机器人及其环境物模型,然后利用计算机可视化编程语言Visual C++ (或Visual Basic)进行作业离线规划、仿真,但是它在作业描述上不能简单直接,对使用者来说要求较高。而虚拟示教编程充分利用了上述两种示教方法的优点,也就是借助于虚拟现实系统中的人机交互装置 (例如:数据手套、游戏操纵杆、力觉笔杆等)操作计算机屏幕上的虚拟机器人动作,利用应用程序界面记录示教点位姿、动作指令并生成作业文件( 3.JB I),最后下载到机器人控制器后,完成机器人的示教。 3 　机器人语言分类及其语言系统的构成 3. 1 　机器人语言分类 上述示教方法的实现都离不开机器人语言的掌握。目前,人们一般按照作业描述水平的高低将机器人语言分为三类:动作级、对象级和任务级。其中动作级语言是以机器人的运动作为描述中心,由一系列命令组成,一般一个命令对应一个动作,语言简单,易于编程,缺点是不能进行复杂的数学运算。而对象级语言是以描写操作物之间的关系为中心的语言。相比较而言任务级是比较高级的机器人语言,这类语言允许使用者对工作任务要求达到的目标直接下命令,不需要规定机器人所做的每一个动作的细节。只要按某种原则给出最初的环境模型和最终的工作状态,机器人可自动进行推理计算,最后生成机器人的动作。 3. 2 　机器人语言系统的组成 机器人语言系统构成如图 2所示。 图 2 　机器人语言系统构成 从模块化的思想考虑 ,机器人语言系统主要包括以下几种模块 : (1)主控程序模块 ●对来自示教盒面板的请求给予相应的服务。 ●任务的调度安排。 (2)运动学模块 此模块是机器人运动的关键 ,包括机器人运动学的正、反解以及路径规划,完成机器人的关节、直线、圆弧插补功能。 (3)外设控制模块 实现对机器人系统有关的外围设备的控制。 (4)通信模块 支持主机和示教盒、 PL C 及伺服单元的通信。 (5)管理模块 提供方便的机器人语言示教环境;支持对示教程序的示教、编辑(插入、删除、拷贝)、装入、存储等操作;完成系统各功能之间的切换。 (6)机器人语言解释器模块 对机器人语言的示教程序进行编译、扫描及语言法检查 ,最后解释执行。 (7)