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第八章 机器人编程 机器人的主要特点之一是其通用性，使机器人具有可编程能力是实现这一特点的重要手段。机器人编程必然涉及到机器人语言。机器人语言是使用符号来描述机器人动作的方法。它通过对机器人动作的描述，使机器人按照编程者的意图进行各种操作。机器人语言的产生和发展是与机器人技术的发展以及计算机编程语言的发展紧密相关的。编程系统的核心问题是操作运动控制问题。 § 8.1 机器人编程要求与语言类型 8.1.1 对机器人编程的要求 1 能够建立世界模型（world model） 在进行机器人编程时，需要一种描述物体在三维空间内运动的方法。存在具体的几何型式是机器人编程语言最普通的组成部分。 物体的所有运动都以相对于基坐标系的工具坐标来描述。 机器人语言应当具有对世界（环境）的建模功能。 2 能够描述机器人的作业 现有的机器人语言需要给出作业顺序，由语法和词法定义输入语言，并由它描述整个作业。 3 能够描述机器人的运动 机器人编程语言的基本功能之一就是描述机器人需要进行的运动。 用户能够运用语言中的运动语句，与路径规划器和发生器连接，允许用户规定路径上的点及目标点，决定是否采用点插补运动或笛卡儿直线运动。 用户还可以控制运动速度或运动持续时间。 4 允许用户规定执行流程 机器人编程系统允许用户规定执行流程，包括试验和转移、循环、调用子程序以至中断等。 5 要有良好的编程环境 一个好的编程环境有助于提高程序员的工作效率。 机械手的程序编制是困难的，其编程趋向于试探对话式。从而 导致工作效率低下。 现在大多数机器人编程语言含有中断功能，以便能在程序开发 和调试过程中每次只执行一条单独语句。典型的编程支撑（如文本 编辑调试程序）和文件系统也是需要的。 6 需要人机接口和综合传感信号 在编程和作业过程中，应便于人与机器人之间进行信息交换， 以便在运动出现故障时能及时处理，确保安全。 随着作业环境和作业内容复杂程度的增加，需要有功能强大的 人机接口。 8.1.2 机器人编程语言的类型 1 动作级编程语言 动作级语言是以机器人的运动作为描述中心，通常由指挥夹手从一个位置到另一个位置的一系列命令组成。动作级语言的每一个命令（指令）对应于一个动作，如VAL语言。动作级编程又可分为关节级编程和终端执行器编程两种。 ·关节级编程 关节级编程程序给出机器人各关节位移的时间序列。 ·终端执行器级编程 终端执行器级编程是一种在作业空间内直角坐标系里工作的编程方法。 2 对象级编程语言 对象级语言解决了动作级语言的不足，它是描述操作物体间关系使机器人动作的语言，即是以描述操作物体之间的关系为中心的语言，这类语言有AML，AUTOPASS等。 AUTOPASS是一种用于计算机控制下进行机械零件装配的自动编程系统，这一编程系统面对作业对象及装配操作而不直接面对装配机器人的运动。 3 任务级编程语言 任务级语言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所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工作状态，机器人可自动进行推理、计算，最后自动生成机器人的动作。 决定编程语言具有不同设计特点的因素 语言模式、型式 几何学数据形式 旋转矩阵的规定与表示 控制多个机械手的能力 控制结构 、模式 运动形式 信号线 传感器接口 支援模块 调试性能 § 8.2 机器人语言系统结构和基本功能 8.2.1 机器人语言系统的结构 机器人语言系统的结构 ·包含语言本身和处理系统 ·支持机器人编程、控制 ·支持与外围设备、传感器 和机器人接口 ·支持和计算机系统的通信 ·包括三个基本的操作状态 监控状态 编辑状态 执行状态 图8-1 机器人语言系统 8.2.2机器人编程语言的基本功能 1 运算 在作业过程中执行的规定运算能力是机器人控制系统最重要的能力之一。 2 决策 机器人系统能够根据传感器输入信息做出决策，而不必执行任何运算。 3 通讯 人和机器能够通过许多不同方式进行通讯。 4 机械手运动 可用许多不同方法来规定机械手的运动。 5 工具指令 一个工具控制指令通常是由闭合某个开关或继电器而开始触发的，而继电器又可能把电源接通或断开，以直接控制工具运动，或者送出一个小功率信号给电子控制器，让后者去控制工具。