工業機器人編程語言及離線編程軟件的應用研究

劉 娜

（撫順礦務局職工工學院 遼寧 撫順 113000）

1 IML語言

IML語言是由日本九州大學開發，并應用于工業控制中的一種高級語言，特點是程序可讀性高、可移植性高、通用性好，尤其是一些特別復雜的非線性動作都可以用簡單的語法或指令來完成，對于初學者來講，簡單、易學、好掌握。IML語言使用的坐標系分為兩種，一種是以機器人底座的中心為坐標原點建立的直角坐標系，以底座的轉動來描述機器人的位置。另一種是以機器人手爪的中心為坐標原點，利用手爪的移動距離來描述機器人的位置和工件距離。通過一些指令，如MOVE、SPEED、STOP、OPEN、CLOSE等指令來編制程序，用來描述機器人的初始狀態、移動點、臨界點、接近點、作用點、規避點、原點等，利用這些點的坐標來參考加工物件的距離，以及采用什么樣的軌跡去接近目標物。

IML語言的編制是通過一系列的基本程序來實現的，例如機器人在示教尋找機器人運行軌跡，手動移動機器人手臂從原點出發接近目標物，一般處于目標物的上方（以焊接機器人為例），降低速度垂直向下移動使焊槍慢慢靠近焊接點，但不能完全接觸；焊槍從接觸點開始焊接，不管是直線焊接，還是圓弧焊接，到達終止點；結束后，焊槍慢慢垂直向上移動，到達臨界點；從臨界點回到原點；這四個不同的動作是由四個不同的基本程序來實現，綜合為一個完整的程序。整個程序的實現大體可歸納為五個步驟：運算能力，是工業機器人控制系統的核心能力之一，主要是通過傳感器來分析和計算工業機器人和目標工件之間的距離和行進軌跡，一般是幾何運算。決策能力，將運算能力的結果反饋給控制系統，決定下一步如何進行加工，一般是尋求最短的加工路徑和最短的加工時間。通訊能力，主要是操作者和機器人之間的人機交互，一方面是機器人根據操作者輸入的指令來進行操作，另一方面就是操作者知道機器人下一步干什么，怎么干，一旦出現錯誤或誤操作，操作者可以及時的命令機器人停止工作，返回原點。執行能力，主要是機器人的動作，就像一個人的手臂，完成一個動作有很多種方法，機器人也是一樣，最常用的就是給伺服系統提供關節的位姿，伺服系統就會帶動關節到達指定的位置，一個動作完成后，下一個伺服系統就會給下一個關節位姿，……，最直接的方法就是建立直角坐標系，讓機器人手臂在直角坐標系下完成整個軌跡的平滑運動。傳感器，一般是和計算機連接起來使用，傳感器的精度直接影響到機器人手臂移動的準確度，同時也受機器人精度、力矩、接近的角度、障礙物的距離等的影響。

2 離線編程軟件

說到離線編程軟件，不得不提手動示教。手動示教是通過機器人自帶的示教器來實現的，示教器通過通訊電纜和控制器相連，操作者通過示教器中的命令來直接控制機器人的動作，選擇合理的速度。同時，示教器的屏幕反映機器人的動作關節、速度、主要參數，能修改的為深藍式字條，不能修改的為淺藍式的字條。可以說，手動示教是離線編程的基礎。

機器人發明至今，示教編程一直是主要的程序編制方法，隨著工業信息化的不斷發展，示教編程的缺點不斷成為工業加工領域的阻礙性因素。示教編程的特點是在示教的過程中，機器人必須脫離生產線來模擬工作過程，那么一系列的相關設備必須停止工作，犧牲了不少時間。再者，對于一些簡單的工藝過程，操作者可以通過經驗或簡單的運算就可以編制運行軌跡，但是復雜的工藝要求，操作者就不可能及時的編制機器人運行軌跡。為了彌補這種工藝上的不足，產生了離線編程軟件，但是離線編程軟件和手動示教不是從屬關系，兩者相輔相成，更不是人們所說的替代品。手動示教和離線編程軟件都有其適用范圍，如簡單零件的加工就用手動示教，這樣可以節省時間，規避很多不需要的動作；復雜零件的加工，就使用離線編程軟件，在編制程序的過程中，不斷的修正，不斷的模擬，使機器人的運行軌跡不斷的和實際加工相吻合。

國內外離線編程軟件種類繁多，大體可分為通用型和專用型兩種。通用型編程軟件可以共享，在不同廠家、不同型號的機器人上都可以使用，一般是機器人生產廠家和軟件公司聯合研發的一種適用于不用型號機器人的軟件。優點是不分機器人的廠家、不分機器人的類型；缺點是針對具體品牌機器人來講，執行力不足，精度不高，對于復雜的加工動作來講，適用性不高。專用型離線編程軟件具體針對某一種機器人而研發的軟件，一般是機器人生產廠家自己的研發團隊開發的，具有壟斷性。因為這樣的軟件針對具體機器人參數設計研發，兼容性更好，執行力更強，有較好的通訊能力和人機交互能力，但缺點是價位高，不可以共享，買一臺機器人就買一套編程軟件，這樣成本較高，適合于大型企業的生產線或外資企業的流水線生產。對于科研機構或教學行業，通用型編程軟件比較適合，成本較低，可移植性高，學習方便，利用率高。

（1）通用型編程軟件：RobotMaster是加拿大一家軟件公司開發，在同類中比較好的離線編程軟件，其集成了編程、模擬、源代碼的生成、可移植性的動能，只要操作者設定好路徑，離線編程軟件自動完成程序的編制，方便而且節省時間。對于汽車領域來講，非常適合，常用于汽車鈑金、噴漆、焊接等方面，缺點是只能單一進行仿真，對于多臺機器人協同合作，存在弊端，不能同時仿真，這能單一進行，最后綜合，使用不方便。還有RobotWorks、RobotMove等通用型編程軟件。

（2）專用型離線編程軟件：RobotStudio軟件是ABB機器人專用的離線編程軟件；RobotGuide軟件是Fanuc機器人專用的離線編程軟件；KUKASim軟件是KUKA公司機器人專用的離線編程軟件；等等。這些軟件是由本公司或委托軟件公司開發的，針對具體的品牌參數，具有很強的執行力，具有強大的功能，同時保證機器人系統的精度和穩定性，對于機器人本體和控制器、示教器的通訊也是不錯的。

3 結語

手動示教編程和離線編程軟件相輔相成，都有各自的優缺點和使用范圍。那么通用型編程軟件和專用型編程軟件同樣具有優點和弊端，在選擇上，科研機構、教育行業通用型編程軟件比較適合；工業控制中，尤其是精度較高的領域，選擇專用型編程軟件。總之，不管是手動示教還是離線編程軟件的使用，都是歸結為機器人運動軌跡程序的設計，而不是軌跡程序的生成。離線編程軟件是機器人運行軌跡設計的工具，在模擬仿真中帶來了很多便利，具體在實際中能否實現等量的價值，還需要通過實踐檢驗。

[1]熊有倫.機器人技術基礎.華中理工大學出版社，1992.

[2]張福學.機器人技術及其應用.電子工業出版杜，2000.

[3]付宜利，趙春霞.機器人離線編程技術與系統.組臺機床與自動化加工技術.1995.1.