机器人讲义2.doc

4 机器人软件 机器人系统可大致由硬件系统和软件系统组成。 其中硬件系统包括机械系统、传感系统、驱动系统及计算机与控制系统，机器人的精度与执行工作的速度由硬件系统决定。 软件系统则是所有控制程序的统称，机器人执行何种操作、操作控制的方便性及具有的功能则由机器人的软件系统决定。 机器人的硬件系统己趋向于模块化和简单化，而且逐步定型；机器人的软件系统则由于机器人执行任务的多样化而趋向于复杂化。 随着机器人技术的发展，特别是智能机器人的发展，机器人的软件在整个系统中占的比例将愈来愈大。 4．1 机器人软件的作用与构成 机器人的基本工作原理如图21所示。 很明显，硬件系统则是动作的执行者，而软件系统是机器人工作的指挥核心。 软件系统可分为系统软件和应用软件。 系统软件是由机器人制造厂商提供，相当于机器的操作系统，它提供了各种控制机器人动作的手段和指令系统。机器人的系统软件的主要功能有：提供人一机器人对话的手段、提供控制机器人的指令系统与编程环境、监控和管理机器人完成任务的过程和实时监控各关节的运动。 应用软件是由用户编制的，它是使机器人完成具体任务的程序。 图21 机器人的基本工作原理 4．2 系统软件及结构 按系统软件功能的不同，机器人系统软件可用分级的方法概括如图22所示。机器人具有的不同软件级别，是区别机器人先进性的重要标志。 系统的第一级，即实时监控软件。任何机器人至少都具有这一级的软件，其主要任务是将期望的关节运动转化成各关节的驱动力和驱动力矩，并监视此运动的完成，这级软件大多由汇编语言写成，要求有极好的实时性，监控整个运动的核心在这一级上。 系统的第二级是点位运动控制软件。这是目前市场上多数机器人均具有的，它只能控制点到点的运动，当任务复杂时，其编程比较繁琐、困难，同时编出的程序一般只能依顺序执行，很少有分支能力。 系统的第三级是运动的控制软件。这一级的主要任务是进行运动和轨迹的规划，它保证任务的执行过程在比较优化的基础上进行，指令较全，同时它可支持多设备的协调工作，对具有这级软件的机器人编程相对简单一些。 图22 机器人系统软件的分级结构 系统的第四级是结构化编程支持级。此级实质上是一个编译系统，它使机器人的运动控制编程可以脱离机器人，进行离线的调试与仿真。 系统的第五级，目前大多数机器人都不具备。在这一级给机器人编程时是以任务为单位给定的，不必用具体的运动来描述，这是软件的高级层次，主要用人工智能的手段来解决。诸如环境的区别、任务的描述、任务的划分等问题，均需用该层软件来解决。很明显，在整个机器人软件系统中有不少是用于监控机器人运动过程的，这相当于机器人的内部特性。一般来讲，用户关心的是机器人的语言，而不是语言的具体工作过程。 4．3 机器人的编程语言 机器人的编程语言是机器人系统软件的重要组成部分，其发展与机器人技术的发展是同步的，与系统软件的分级结构(如图22)相对应。 机器人语言有四种主要类型，从低级到高级分别是： 1、面向点位控制的机器人语言(如T3．FUNKY语言等)； 2、面向运动的机器人语言(如VAL.EMUY.RCL语言等)； 3、结构化编程语言(如AL.MCL.MAPL语言等)； 4、面向任务的机器人语言(如AUTOPASS语言等)。 每个机器人的语言大都可以归于上述一类中。另外一种语言则是对任何机器人都适用的，那就是实时监控语言，但这种语言的使用需要很高的技巧及对系统硬件详尽的了解，一般用户不必使用，只有研究人员才应用此级软件。 目前，各种机器人语言纷繁复杂，机器人语言标准化的要求日益迫切，机器人语言一方面向完善方向发展，另一方面则可能向标准的方向发展。 4．4 机器人的编程 1．机器人的示教 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，首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，所以我们重点介绍一下有关机器人位置和姿态的示教。 位置和姿态的示教大致可有以下几种(见下图)： (1) 直接示教 就是我们常说的手把手示教，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，为了示教方便及获取信息的快捷而准确，人们可选择在不同的坐标系下示教，可在关节坐标系、直角坐标系(基坐标系)以及工具坐标系、工件坐标系或用户自定义的坐标系下示教。 (2) 离