工業機器人編程技術

陳淥漪　管小清

[摘要]伴隨著工業機器人的發展,機器人編程技術也得到發展和完善;機器人編程已成為機器人技術的一個重要部分;機器人的功能除了依靠機器人硬件的支持外,相當一部分依賴機器人語言來完成。本文論述了機器人編程語言系統的組成,機器人的語言功能以及機器人的坐標系統等;在編程方法方面重點講述了如何確立機器人運動軌跡和編程語言的規范,最后對比了兩種編程語言的特點并以實例講解。

[關鍵詞]工業機器人 編程 示教

一、機器人編程語言系統的組成

機器人編程語言像一個計算機系統,包括硬件、軟件和被控設備。即機器人語言包括語言本身、運行語言的控制機、機器人、作業對象、周圍環境和外圍設備接口等。機器人編程語言系統的組成如圖1所示。圖中的箭頭表示信息的流向,機器人語言的所有指令均通過控制機經過程序的編譯、解釋后發出控制信號。

控制機一方面向機器人發出運動控制信號,另一方面,向外圍設備發控制信號,外圍設備如機器人焊接系統中的電焊機以及機器人搬運系統中的空壓機等。周圍環境通過感知系統把環境信息通過控制機反饋給語言,而這里的環境是指機器人作業空間內的物體位置、姿態以及物體之間的相互關系。

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二、工業機器人的語言功能

1.運算功能。運算功能是機器人最重要的功能之一。對于裝有傳感器的機器人所進行的主要是解析幾何運算,包括機器人的正解、逆解、坐標變換及矢量運算等。根據運算的結果,機器人能自行決定工具或手爪下一步應到達何處。

2.運動功能。運動功能是機器人最基本的功能。機器人的設計目的是用它來代替人的繁復勞動,因此機器人發展到今天,不管其功能多么復雜,動作控制仍然是其基本功能,也是機器人語言系統的基本功能。機器人的運動功能就是機器人語言用最簡單的方法向各關節伺服裝置提供一系列關節位置及姿態信息,由伺服系統實現運動。

3.決策功能。所謂決策的能就是指機器人根據作業空間范圍內的傳感信息不做任何運算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉移指令由分支程序來實現。條件滿足則執行一個分支,不滿足則執行另一個分支。

三、機器人的坐標系統

要想操控機器人完全按照設定的軌跡運動,必須明確機器人的坐標系統,在什么情況下該用何種坐標系。當前的主流機器人都是采用6自由度,即6個能夠獨立活動的坐標軸,如圖2所示:

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機器人可以建立的坐標系有“World坐標系”,“Base坐標系”,“Tool坐標系”,“Axis軸坐標系”四個。各個坐標系統的特點和用途均不一樣:Axis坐標一般用來操作機器人的各個軸的運動(如果是六個自由度的機器人會有A1-A6六個軸,每個軸都有自己的旋轉方向和角度),機器人在運行過程中需要各個軸之間配合運動,有旋轉也有直線等;World坐標系統主要是在編程的時候用來標定機器人的初始位置以及零點位置,該坐標系統類似于空間三維坐標系統;Tool坐標主要是機器人在進行實際工作時的一個參照坐標系,他的工具可以是夾具、焊鉗或者噴槍等;Base坐標主要是機器人相對于自身的坐標系統,其原點一般在機器人底座的中心點。

四、工業機器人的編程

所有的機器人編程主要是從定義機器人運行軌跡和運行方式入手的。當前主流的機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:工作空間內機器人始終在兩點之間的定位,以最快的路徑進行,而且所有的軸的移動同時開始和結束,所有的軸必須同步;這時無法精確的預計機器人的軌跡。采用該語句進行程序設計在實際操作過程中容易出現無法預知的運動軌跡,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。

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2.線形移動:機器人在移動過程中,各轉軸之間將進行配合,使得工具及工件參照點沿著一條通往目標點的移動。一般,當必須按給定的速度沿著某條精確的軌跡抵達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:

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