（测试计量技术及仪器专业论文）测量机器人模型误差及标定方法的研究.pdf

中文摘要 基于立体视觉的通用测量机器人是视觉检测技术在工程应用中一个非常有 意义的研究领域。该系统主要由工业机器人和视觉传感器组成，因此，在保留了 视觉检测技术非接触、测量迅速的特点的同时，还增强了系统的柔性，并极大地 拓展了工作空间。视觉传感器在机器人处于某个姿态时采集空间特征点的图像信 息，并通过数据处理获得该点的三维坐标数据。为了保证系统的测量精度，就必 须对测量系统的各个环节进行标定，其中最困难的一个环节就是对机器人本体的 标定，也就是建立起机器人处于任意姿态时，其关节变量到末端法兰盘坐标系位 姿之间的准确映射关系。本文的主要工作内容如下： 1 实现了p c 机与机器人之间的实时通讯，使用r a p i d 语言对机器人进行 了编程，使之能够按照预定的计划变换姿态，并且能够以文本文件的形式记录下 机器人在每个标定姿态下的相关数据。 2 应用d h 运动学模型为i r b 2 4 0 0 型机器人建模，在此基础上进行了机器 人的正、逆向运动学和微分运动学的求解，并运用m a t l a b 和v c 两种语言混合 编程的方式分别对每一个环节进行了模拟实验。 3 详细论述了一种通过求解线性方程获得机器人真实连杆参数的方法。以 更具优势的c p c 模型代替d h 模型，消除模型缺陷带来的参数奇异性和突变问 题。将标定步骤分为两步，分别进行旋转参数与平移参数的求解：将旋转参数按 照回代的方式逐个获得，待全部确定下来之后，一齐代入到包含两种参数的方程 中同时求取所有的平移参数。 4 分析了上述方法的具体实现算法，在此基础上使用m a t l a b 语言编写了机 器人标定程序，并完成软件调试。 5 完成了整个标定实验，包括数据的采集、处理等步骤，给出了标定结果， 比较了标定前后几种误差的变化，并得出有关结论。 关键词：工业机器人标定运动学模型连杆参数 a b s t r a c t t h eg e n e r a lm e a s u r i n gr o b o ts y s t e mb a s e do ns t e r e ov i s i o ni so n eo ft h e s i g n i f i c a n te n g i n e e r i n gf i e l d so ft h ev i s i o nm e a s u r i n gt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n s t h e s y s t e mc o m p r i s e sa ni n d u s t r i a lr o b o ta n das t e r e ov i s i o ns e n s o rm a i n l y s o ，i tn o to n l y k e e p st h ev i s i o nm e a s u r i n gt e c h n o l o g y sc h a r a c t e d s t i e so fn o n - t o u c h ，q u i c k n e s s ，b u t a l s oe x t e n d st h ew o r k i n gs p a c eo f t h es e n s o ra n de n h a n c e st h ef l e x i b l e n e s s t h es t e r e o v i s i o ns e n s o rc o l l e c t st h ei m a g es i g n a l so f t h e g i v e np o i n ta ta c e r t a i np o s t u r eo f r o b o t a n dt h e no b t a i n st h et h r e ed i m e n s i o nc o o r d i n a t ed a t aa f e rc o m p u t i n gt h ei m a g ed a t a i no r d e rt oe n s u r et h em e a s u r e m e n ta c c u r a c yo ft h es y s t e m ，e v e r yp a r ts h o u l db e c a l i b r a t e d t h em o s td i f f i c u l ts t e pi st h ec a l i b r a t i o no ft h er o b o t ，i e e s t a b l i s h i n gt h e c o r r e c tm a p p i n gf r o mt h ej o i n tv a r i a b l e st ot h ep o s i t i o na n dr o t a t i o no ft h e e n d - e f f e e t o rw h e nr o b o ti sa ta n yp o s t u r e t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 r e a l t i m ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc o m p u t e ra n dr o b o tw a sr e a l i z e d i n a d d i t i o n ，t h er o b o tw a sp r o g r a m m e db yu s i n gr a p i dl a n g u a g es ot h a ti tc o u l dc h a n g e p o s t u r e sa ss c h e d u l e sa n dr e c o r dr e l e v a n td a t aa tc a l i b r a t i o np o s t u r e si nt e x tf i l e 2 t h er o b o tw a sm o d e l e db a s e do nt h ed hc o n v e n t i o n t h ef o r w a r d ，i n v e r s e a n dd i f f e r e n t i a lk i n e m a t i c sp r o b l e mw a ss o l v e d t h e n , s i m u l a t i v et e s t sf o re a c h p r o c e s sw e r et a k e ni nm a n n e ro f t h ec o u p l i n go f m a t l a ba n dv c 3 al i n e a rs o l u t i o nm e t h o do fa c q u i r i n gt h er e a ll i n kp a r a m e t e r sw a sp r e s e n t e d a d o p t i n gc p cm o d e li n s t e a do fd hm o d e l ，p a r a m e t e r s s i n g u l a r i t ya n dj u m pc a u s e d b ym o d e lf l a ww a se l i m i n a t e d t h ec a l i b r a t i o np r o c e s sw a sd i v i d e di n t ot w os t e p si n w h i c ho r i e n t a t i o na n dt r a n s l a t i o np a r a m e t e r sw e r es o l v e ds e p a r a t e l y t h eo r i e n t a t i o n p a r a m e t e r sw e r es o l v e df o rr e c u r s i v e l ya n dt h e nt h e yw e r ep u tt o g e t h e ri n t ot h e t r a n s l a t i o ne q u a t i o nt os o l v ea l lt h er e m a i n i n gt r a n s l a t i o np a r a m e t e r ss i m u l t a n e o n s l y 4 t h ea l g o r i t h mf o rt h ea b o v e m e n t i o n e dm e t h o dw a ss t u d i e d s e q u e n t i a l l y , t h e r o b o tc a l i b r a t i o nr o u t i n ew a s p r o g r a m m e db yu s i n gm a t l a ba n d w a s d e b u g g e d 5 t h ew h o l ec a l i b r a t i o ne x p e r i m e n tw a sa c c o m p l i s h e d ，i n c l u d i n gd a t ac o l l e c t i o n a n dp r o c e s s i n g ，e t c c a l i b r a t i o nr e s u l tw a sg a i n e d s o m ec o n c l u s i o n sw e r ep u t f o r w a r db yc o m p a r i n gt h ee r r o r sb e f o r ea n da f t e rt h ec a l i b r a t i o n k e yw o r d s ：i n d u s t r i a lr o b o t ，c a l i b r a t i o n ，k i n e m a t i c sm o d e l ，l i n kp a r a m e t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得墨洼盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：至一 签字日期：矽“年7 月严日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫盗盘翌有关保留、使用学位论文的规定。特授权 鑫盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王一 签字日期：加衫年夕月严日 辄缪 签字日期：z 自彩年夕月严日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 机器人自从上世纪6 0 年代诞生以来，已经被广泛应用到工业、农业、商业、 医疗、军事等众多领域，其应用水平成为衡量一个国家自动化水平的重要标志。 在制造业中诞生的工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的全面延伸人的体 力和智力的新一代生产工具，它极大地提高了生产效率、保证了产品质量、缩短 了生产准备周期和改善了劳动条件。机器人是一种具有高度柔性的自动化装备， 对提高制造生产线的柔性具有特别重要的意义，它作为现代制造业的主要自动化 装备在制造业中广泛应用，并将在未来的制造企业中扮演越来越重要的角色。 在汽车、电子电器、工程机械3 个行业中，弧焊、点焊、装配、喷涂机器人 应用的最多；其次是搬运、上下料( 冲压、压铸、铸锻、注塑等用的大多是上下 料机器人) ；再次是包装、码垛、拆垛机器人和密封涂胶机器人；其他机器人用 量很少。就行业而言，汽车行业以焊接、喷涂、涂胶作业较多，冲压、搬运、装 配次之；电子电器行业集中在装配，其次是搬运和喷涂；工程机械行业集中用于 弧焊，喷涂其次。此外包装、码垛、拆垛机器人耳前主要用于石化、轻纺和烟草 行业。目前，工业机器人主要应用在汽车、机械制造等行业。 机器人技术的飞速发展体现在它不断与其它技术相结合，从而完善自身功 能、开辟新的应用领域。近年来，作为机器人技术与立体视觉检测技术的产物， 测量机器人从诞生到投入生产应用，开始展现出蓬勃生机， 1 2 测量机器人在国内外的应用现状 国外方面，由于工业自动化起步早，机器技术早已成熟，具有视觉功能的机 器入主要应用于汽车、电子、机械制造等工业领域，其中应用最广泛的是机器人 手眼协调功能，例如抓取机器人、装配机器人以及弧焊机器人等。也就是说，机 器人视觉在加工制造业已经有了很成熟的技术应用。为了实现测量速度快、自动 化程度高、柔性好的在线检测系统，许多厂商开始重视机器人在三维测试技术的 市场领域。 目前，在b r o w n a n d s h a r p e d e a 公司研制的b r a v 0 4 3 0 6 型通用测量机器人， 第一章绪论 其激光传感器的精度为士o 0 6 r a m ，总的测量精度为土o 3 r a m 。j o a n n e u m 开发研 制了一套能用于恶劣工作环境中的柔性测量系统( d i b r 3 d ) 。该系统的主体是一 台安装了3 d 测量头的工业机器人。机器人会根据被测工件的大小测量l o 到2 0 个特征点，然后将测量到的数据转化集中到同一个坐标系下，重叠的区域用来修 正整体的测量结果以提高精度，最后的结果与c a d 模型进行比较从而得到尺寸 偏差。 日本某公司r t v - i 型三维机器人三眼视觉系统由微型计算机、图象处理软硬 件、机器人及三台c c d 视觉传感器等组成，可精确测量出物体特征点的三维坐 标值，并且识别出多种形状的多面体，准确地抓取物体并放置到预定的位置上。 该系统在摄像机校准、测量精度以及对应点求解方面已达到了当前国际先进水 平。日本东芝公司研究开发中心也研制出了一个带有三维视觉的高级机器人。 意大利d e a 公司b r a v o 水平臂测量机器人、美国p e r c e p t r o n 公司a u t o g a u g e 机器人测量系统以及c o g n i t e n s 公司o p t i c e l l 机器人测量系统都是在线实时测量 车身和部件的激光柔性测量系统，在宝马、大众、通用、福特等汽车公司已得到 应用。除了篚够实现在线测量功能，宝马公司采用的a u t o g a u g ef m sr o b o t 机器 人还能够根据测量数据进行信息反馈，找出机床、零件和工艺上的问题，时间仅 需数分钟，产品的竞争优势也大大增加。著名的意大利工业机器人公司t h e s y s 采用了v i s i o n p r oc o g n e x 的硬件和软件解决方案，并利用其产品发展带有完整视 觉能力的机器人系统。这些先进的技术解决方案现在都已经广泛应用在目标自动 识别鉴定、质量管理控制和组装等方面。 相比之下，国内方面关于视觉测量机器人的研究起步比较晚，目前还基本处 于理论水平阶段，没有研制出成熟的产品。但是，国内某些生产线上已经出现了 视觉测量机器人的应用，但还都是引进了国外公司的产品。 重庆长安、海南马自达等汽车公司为了有效地控制汽车车身覆盖件的冲压焊 接质量以及车身总成的装配质量，在汽车白车身生产线上配置了通用测量机器 人。长安汽车公司采用k u k a 公司k r c 型检测机器人并配备了美国p e r c e p t r o n 公司的视觉检测系统，在车身焊接线的最后一个工位在线实时检测每一个“长安 之星”白车身，以控制车身尺寸精度。 上海大众也曾经购买过四台通用测量机器人测量白车身关键质量控制点的 三维尺寸。该公司选用的是日本川琦k a w a s k i 公司j s l 0 和j s 3 0 测量机器人，每 个机器人都有7 个自由度，端部安装了非接触式三维检测装置。这种装置由两个 在4 5 度方向对称配置的激光传感器和一个位于中心线上的c c d 照相机组成，可 用来检测型面上某一点在空间的位置，或确定型面上一个孔的大小及其中心位 置。不计装卸工件时间，二台测量机器人同时完成6 5 项参数的只需3 分2 0 秒而 第一章绪论 另二台机器人分别测量侧围上5 5 项参数，也只需4 分多钟。由于配备了功能很 强的计算机数据处理系统，故测量机器人不仅可进行在线测量，还有工序监测作 用，即判断工序运行的稳定性和可靠性【”。 1 3 背景和意义 作为已经成熟的技术，本课题组自行研制开发的白车身视觉检测站自投入使 用以来一直运行良好，实现着对白车身的在线精确测量，如图1 1 所示。该系统 中所有的传感器都固定在框架上，通常为了实现对白车身各个测量点的在线检 测，系统至少要包括数十个测量单元，即数十个由激光器和c c d 摄像机组成的 视觉传感器，因此，标定的工作量之大是可以想象的。固定框架式的结构增强了 系统的可维护性，能够长期保证较高的测量精度，但也这正是这种结构降低了系 统的柔性，无法满足小批量、多品种的测量任务。 图1 - 1白车身视觉检测站 现代化大生产的发展趋势恰恰是批量小、品种多，这对生产和工艺设备提出 了柔性化的要求，因此发展测量速度快、自动化程度高、柔性好的在线检测系统 已成为国内外公认的趋势。随着国内外立体视觉测试计量技术和理论的不断完善 以及工业机器人控制技术的发展，基于结构光主动视觉的通用测量机器人在测试 计量技术领域内的作用和优势越发地突现出来，如图j 一2 所示。这种通用测量机 器人不仅能够充分发挥机器人运动灵活，占地面积小的特点，而且随时变换程序 第一章绪论 即能够满足产品多品种、多系列的测量需求，尤其适合在混流生产线上对大型异 型零部件进行非接触、快速、精确测量。测量机器人只需要安装一台视觉传感器， 因此降低了系统的成本。机器人能够在工作空间内大范围地灵活运动，从而携带 传感器进入到白车身的内部，使内部特征尺寸的测量成为可能。 图1 2 通用测量机器人 我们知道，要利用视觉技术进行测量任务，关键是要确定视觉传感器坐标系 到工件坐标系的变换关系。在通用机器人检测站中，如果能够确定机器人基座标 系与工件坐标系的变换关系( 机器人的外部位姿) 以及机器人手眼位置关系，那 么由机器人的正向运动学就可以建立起通用测量机器人在空间任意有效位置时 视觉传感器坐标系与工件坐标系之间的坐标变换关系，这样，只要传感器固定在 机器人末端不动，只要工件坐标系位置没有发生变化，无论是改变测量点还是更 换新车型，都不需要对该测量系统重新标定，这就使标定的工作量大大地减少。 1 ，4 本文的主要研究内容 与视觉检测站相比，测量机器人的精度较低且不易保证，其整体精度主要受 机器人本体、视觉传感器、手眼关系的标定和工件坐标系的标定几个环节的影响。 机器人手眼关系及工件坐标系标定涉及较少的参数，而且变换关系简单，容易精 4 第章绪论 确标定，视觉传感器也可以将精度控制在士o 1 m m 以内【2 j 。但是，机器人是个 结构复杂的开环系统，又容易受多种因素的影响，其绝对定位精度往往处于厘米 级，成为通用测量机器人系统中产生误差的最主要环节，严重影响系统的测量精 度。目前，投入使用的测量机器人的精度普遍处于士o 3 m m 左右，因此，如何才 能将机器人部分产生的误差限定在一定的范围内，从而保证系统的测量精度就成 为了实现测量机器人的难点。 影响机器人精度的因素有很多，主要包括以下方面：环境因素( 温度，湿度， 电噪声等) 。测量因素( 分辨率，编码器的非线性等) ，计算因素( 计算过程中的 舍入误差，稳态控制误差，跟踪控制误差等) ，参数因素( 制造和安装过程中造 成的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差) ，使用因素( 齿轮传动误差以 及由于重力和应力等引起的机械变形误差等) 1 3 】。在上述的误差源中，除参数因 素产生的误差是系统误差外，其余各类误差一般情况下均可看作随机误差来处 理，而系统误差是决定机器人位姿和轨迹误差的主要因素，引起的误差占机器人 总误差的9 0 左右。同时，关节参数误差只影响机器人的轨迹精度和绝对精度， 并不影响其重复精度，所以机器人的重复性精度通常都很高。 本文的研究目的就是要采用一定的方法对机器人进行标定，使其绝对定位精 度得到改善。为了顺利进行标定任务，计划采取以下工作： 1 实现机器人与p c 机通讯，旨在获得机器人理论位姿数据； 2 采用d h 模型求解运动学结果，预测机器人位姿； 3 利用c p c 方法为机器人建模，旨在建立机构误差模型； 4 提出一种两步求解的线性标定方法，目的在于对实际模型参数进行识别； 5 完成标定实验，进行理论验证。 1 5 本章小结 经过4 0 多年的发展，机器人因其独特的优点而被广泛应用，近年来，又开 始迈向新的应用领域视觉测量。本章先是列举了视觉测量机器人技术在国内 外的应用情况，从而说明将立体视觉技术和适合柔性生产的机器人互补的通用测 量机器人存在着巨大的研究和应用潜力；然后，在与成熟的视觉检测站技术进行 比较后，指出测量机器人在柔性测量方面具有极大的优势；接着，又从精度保证 方面进一步指出，机器人在被投入到测量应用领域之前需要进行标定的必要性， 并且指出该工作正是整个测量系统标定工作的难点；最后，明确了本文的研究内 容，并绘制出了即将开展的工作主线。 第二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 第二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 2 1i r b 2 4 0 0 型机器人系统组成 i r b 2 4 0 0 型机器人是著名的瑞典机器人生产商a b b 公司的产品，i r b 指 a b b 标准系列机器人。2 4 0 0 系列机器人有6 种不同型号，常用于焊接、涂刷、 搬运与切割，本文研究的对象为i r b 2 4 0 0 1 0 型机器人，“1 0 ”意味着该机器人 的最大承载为1 0 k g 。整个机器人系统包括机械手臂和控制柜( s 4 c p l u s ) 各一 台。 图2 1i r b 2 4 0 0 型机器人工作范围示意图 表2 1i r b 2 4 0 0 型机器 人各根轴的转动 范围 第i 轴角度范围 11 8 0 。- 1 8 0 。 21 0 0 。1 l o 。 36 5 。叫5 0 。 42 0 0 。 2 0 0 。 5。1 2 0 。一1 2 0 4 64 0 0 。4 0 0 。 机械手是由六个转轴组成的空间6 杆开链机构，理论上可以达到运动范围 内任何一点，表2 1 列举了各根轴的转动范围，图2 1 展示了机械手臂的工作 空间( w o r k i n gr a n g e ) 。每个转轴均带有一个齿轮箱，机械手运动精度( 综合) 可达 0 0 5 m m - + o 2 m m 。六个转轴均有a c 伺服电机驱动，每个电机后均有编码器 与刹车机构。机械手带有一块串口测量板( s m b ) ，它将编码器模拟量值转换为 数字量，并依靠六节可充电镍铬电池供电，机器人关机时，通过电池存储机器 人当前编码器位置，一旦电池电量不足需要及时更换。 6 第二章1 r b 2 4 0 0 型机器人简介 s 4 c p l u s 系统主要由主计算机板、机器人计算机板、快速硬盘、网络通信计 算机、示教器、驱动单元、通信单元和电力板组成，其系统组成如图2 - 2 所示。 变压器、主计算机、轴计算机、驱动板、串口测量板和编码器组成伺服驱动系 统，对位置、速度和电机电流进行数字化调整，对电机的交流控制进行同步。 机器人系统从串行测量板连续地接收机器人新的位置数据，输入位置调整器中， 与先前的位置数据进行比较和放大，输出新的位置和速度控制参数。同时，系 统会根据重力、运动时的转动惯量和转轴之问的相互作用，不断地计算和优化 调整参数。机器人控制电机参数的过程中，其中的两相数字电流参数是以位置 编码器的信号为基准，根据编码器角度与转子角度关系计算得到，第三相由此 两相平衡后得到。三相电流在驱动单元中由各自的电流调整器进行调整，经过 脉宽调整和放大处理后，产生作用在电机上的工作电压。 图2 - 2 s 4 c p l u s 系统框图 除了以上提到的硬件设备之外，机器人还拥有一套b a s e w a r eo s 系统软件， 其中包括冷启动软件r o b l n s t a l l 和网络通讯软件f t p 。 2 2 机器人的程序框架及常用指令 在a b b 公司的2 0 多个型号的产品中，都采用了通用模块化语言r a p i d 。 r a p i d 是目前a b b 、i w k 等国际一流机械手生产企业使用的工业机械手控制 7 第二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 软件，它类似于v b 等高级语言。 2 2 1 数据与数据类型 r a p i d 语言中的数据构成类型有三种，见表2 2 所示。 表2 - 2r a p i d 语言的三种数据类型 数据类型特点实例 最根本的数据类型，无法分 离与组合。其它数据类型都 n l l m 1 ，3 1 4 1 5 9 ，4 3 1 e 2 。5 e 1 基本数据类型 s t r i n g ：“t h i si sal o n gs t r i n g ” 是由三种基本数据类型组合 或化名而成。 b 0 0 1 ：t r u e f a l s e 由多个基本数据类型组成的 p e r st o o l d a t a 鲥p p e r ：2 新数据类型，也可以由多个 【t r u e ，【9 7 4 ，0 ，2 2 3 1 】，i o 9 2 4 ，0 ，0 3 8 3 ，o 】， 组合数据类型 基本数据类型与多个组合数 【5 ， 2 3 ，0 ，7 5 ， 1 00o 】，0 ，0 ，0 】； 据类犁组成。 g r i p p e r r o b h o l d ：2 t r u e ； 除了名称，这种数据类型与 v a rd i o n u mi l i 曲：= l ； 化名数据类型原数据类型相同，可以互相 v a rb u ml e v e l ； 赋值。 l e v e l ：2 h i g h ； 在机器人程序中，根据不同的情况，有三种数据性质可以选择，如表2 - 3 所示。 2 2 2r a p i d 语言程序框架 机器人程序存储器是由程序模块和系统模块组成的。程序模块由不同的数 据和例行程序组成，其中的一个包含了入口程序和全局进程的模块称为主模块， 在机器人程序存储器中只允许有一个主程序。系统模块用于定义公有的、系统 级的数据和例行程序，所有a b b 机器人都自带两个系统模块，u s e r 和b a s e 模块，根据机器人应用不同，有些机器人会配备相应的系统模块。程序存储器 的组成如图2 3 所示。 r a p i d 语言有三种类型的例行程序( 子程序卜进程、函数和中断程序。 进程没有返回值，只用来构成指令内容。函数返回某一类型的数据值还可以用 作指令的参数。中断程序提供了一种对中断的反应，它可与某个具体的中断联 系起来，一旦中断产生，它就会自动执行。 关于例行程序的作用域有以下说明：全局例行程序可以覆盖任何一个模块； 局部例行程序只覆盖它所在的模块；在作用域内，局部例行程序隐藏具有同名 的全局例行程序和数据；在作用域内，例行程序隐藏同名的指令和预先确定的 第一二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 例行程序。同时，在同一个模块内例行程序之间、例行程序与数据之间不能重 名；全局例行程序不能与模块以及其它模块中的全局例行程序或全局数据重名。 表2 3r a p i d 语言的三种数据性质 数据性质 特点实例 1 受量用于程_ l 予压仃时记亿利应数据值。 v a r n u m m i n ； 2 在程序自动运行时，变量可以被赋值。 v a r1 1 1 1 1 1 1c h e r r y ：2 1 0 0 ； v a r 3 当机器人被重置，变量数据会自动复位， v a rb o o lt i m e o u t ：= t r u e ； 回到初始值。 v a r s t r i n gs t b a s e ：2 w e l c o m e ： c o n s t s t r i n gs t r ：2 a b br o b o t s 1 所有常量在被定义时，必须赋予一个相应 c o n s tr o b t a r g e th o m e p 0 ：= 的初始值。1 9 6 2 6 4 ，3 3 4 1 3 ，一1 7 7 1 7 ，【o 4 2 0 4 5 2 ， c o n s t 2 常量在程序自动运行时，其记忆的数据值 o 5 8 2 6 3 6 ，- 0 5 7 6 9 2 7 ，- 0 3 8 8 4 7 3 ， 无法更改与赋值。 。 0 , - 1 ，t ，0 1 ， 9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ， 9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 】 i 所有可变量在被定义时，必须赋予一个相 应的初始值。 2 在程序自动运行时，可变量可以被赋值。 p e r s 3 当机器人被重置，可变量数据值会自动记 p e r sb o o ld i r t y ：2 f a l s e ； 忆数据当前值，并更改数据初始值。 p e r sn u mn c o u t h e r ：= 田： 4 在机器人系统内，可变量数据数量受系统 参数定义限制。 例行程序可以包含以下几个部分：例行程序声明( 包括参数) 、数据、函数 体、跳转标识( 只限进程) 和错误标识。其中程序声明部分要位于例行程序体 之外。 中断程序可以通过c o n n e c t 指令与某一个具体中断联系在一起，当这个 中断产生时，控制权立即交给相对应的中断程序。如果中断产生，但是没有与 之相联系的中断程序，则认为发生了严重错误，立即停止程序的执行。同一个 中断程序可以对应多个中断源，中断处理完成后跳回中断发生处继续执行原程 序。 由于机器人经常面对并行事件，所以在程序中引入了多任务机制，以常态 执行模仿并行处理。并行程序可以置于其它程序的前台或后台，也可以与其它 程序处在同一个层次上，一旦开始就可以一直运行下去直至有错误发生。最多 可以有1 0 个任务进行伪并行处理，每个任务都像常规程序一样由一系列模块组 成，所有模块都要设置成各个任务的局部模块。 9 第二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 程序存储器 图2 - 3r a p i d 程序框架示意图 2 2 3 机器人常用的指令 r a p i d 总共有2 7 6 条指令可以使用，在这里只介绍一些常用的基本指令。 1 信号输入输出指令： d o ：机器人的数字输出信号 d i ：机器人的数字输入信号 机器人数字输入输出采用直流2 4 v 电源，相应的信号必须在系统参数中定 义，如设定d o l 、d i l 分别为输出信号和输入信号名： s e td 0 1 ；将一个输出信号赋值为1 ，在输出信号名相应i o 板的相应信号端 口输出直流2 4 v 电压。 r e s e td o l ；将一个输出信号赋值为0 ，在输出信号名相应i o 板的相应信号端 口没有直流2 4 v 电压输出。 p u l s ed o l ；输出一个脉冲信号，脉冲长度为0 2 秒。 w a i t d id i l ，1 ；等待一个输入信号达到“1 ”状态； i s i g n a l d id i l ，0 ，s i g l i n t 当数字输入信号d i l 为“0 ”时，执行相应的中断处 理程序。 2 运动指令： 1 0 第二章i r b 2 4 0 0 型机器人简介 机器人有四种最基本的运动：圆周运动、直线运动、转轴运动和进给运动。 m o v e cp l ，p 2 ，v 5 0 0 ，z 3 0 ，t o o l 2 ；t o o l 2 的t c p 以速度v 5 0 0 、区域z 3 0 为参数作 圆周运动到p 2 点，圆的半径由起始运动点、p 1 点和p 2 点共同确定。 m o v e lp l ，v 1 0 0 0 ，z 3 0 ，t o o l l ；t o o l l 的t c p 以速度v 1 0 0 0 、区域z 3 0 为参数作 直线运动到p 1 点。 m o v e jp l ，v m a x ，z 3 0 ，t o o l 2 ；t o o l 2 的t c p 以最高速度、区域z 3 0 为参数经曲 线路径快速运动到p l 点。使用该指令时，所有轴同时到达目标位置。 m o v e a b s jp l ，v 5 0 0 ，z 3 0 ，t o o l 2 ；工具t o o l 2 的t c p 经非线性路径运动到指定点 p 1 。该指令能使轴转动到绝对位置，并且是同时到达。由于这条指令是直接给 各根转轴下达的指令，因此可以到达其它运动方式不能到达的奇异点处。 m o v e l s y n cp l ，v 1 0 0 0 ，z 3 0 ，t o o l 2 ，“p r o c l ”t o o l 2 的t c p 以规定参数直线运动 到p 1 点处，在转弯路径的中点处执行标号为p r o c l 的进程。如果t c p 保持不动 的话可以用该指令调整工具的姿态。 m o v e j d op l ，v m a x , z 3 0 ，t o o l 2 ，d o l ，1 ；工具t o o l 2 的t c p 由当前位置迅速运动 到p l 点，而不一定要沿直线路径，输出信号d o l 在转弯中点处被置成高电平。 3 读写指令： o p e n 指令：打开用于读写的文件或串行通道。 w r i t e 指令：用于写入到基于字符的文件或串行通道。 w r i t e a n y b i n 指令：用于将任意类型的数据写入n - 进制串行通道或文件 中。 w r i t e b i n 指令：用于将一定字节的数据写入n - - 进制串行通道中。 w r i t e s t r b i n 指令：用于将字符串写入n - - 进制串行通道或二进制文件中。 r e a d a n y b i n 指令：用于从二进制串行通道或文件中读取任何类型的数据。 t p r e a d n u m ：用于读取示教器按下的一个数字。 t p w r i t e ：用于向示教器输出文字或是某种类型数据的值。 2 3 机器人与计算机的通讯 共有四种通讯方式： 1 信息输出到示教器上，用户可以依据提示回答问题，例如回答要处理的 零件的数量。 2 可以对存储器中的文本文件进行基于字符信息的读写操作。通过这种方 式可以将生产中的相关数据存储起来，稍后传递给p c 机，也可以由连接到机 器人的打印机直接打印出来。 第二章i r b 2 4 0 0 犁机器人简介 3 二进制信息可以在机器人和传感器之间传递。 4 二进制信息在一定协议下可以和计算机通信。 至于采取哪一种通讯方式取决于与机器人通讯的设备是如何处理信息的。 例如，文件可以保存以字符或二进制形式存储的数据。如果需要双向同时通讯， 那么就需要选用二进制方式。 机器人的通讯协议分为3 层，如图2 - 4 所示。其中，r a p 是机器人应用协 议，实现通过外部计算机来监控机器人；f t p 是文件传输协议，实现文件从一 个系统到另外一个系统的完全拷贝；n f s 是网络文件系统，允许一台计算机访 问另一台计算机的文件系统：p p p 是点对点传输，用于经串行线路的r a p 通讯： s l i p 是串行线路接口协议；t c p i p 是传输控制协议和网际协议；r t p i 是由于 点焊的专用协议；r a w 是无握手的协议。 机器人对外通讯有3 个串行通道，分别是r s 2 3 2 、带r t s c t s 控制的r s 2 3 2 和r s 4 2 2 接口。另外还包含两个以太网通道，它们是连接到主计算机板的l a n 接口和连接n ； i - 界计算机的s e r v i c e 接口。除此之外，还有3 个c a n 2 0 接口。 图2 - 4 机器人的通讯协议层次 如果要进行文件传输，则采用机器人以太网服务口连接较为方便。这时只 需要将计算机的l p 地址设定为1 9 2 1 6 8 1 2 5 8 2 并安装一款f t p 客户端程序，就 能与机器人联通，实现对机器人文件系统的访问。 如果要保持计算机与机器人的实时通讯，那么应该采用串行通讯的方式。 下面是段机器人通过r s 4 2 2 总线与计算机实时通讯的程序： 用v c 编写相应的计算机程序，界面如图2 5 所示。 一 苎三皇坚! ! ! 竺型垫墨塑坌 一 _ _ _ - _ 。_ _ _ _ 。- - 。_ _ 。- _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ - _ _ _ _ - _ 。_ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ 。 图2 - 5 计算机通讯程序界面 机器人程序： m o d u l eg e t a n g l e v a r r o b j o i n tr o b j o i n t l ： v a r r o b t a r g e tp p ； v a r s t r i n gs t r i n g t ：= ”： v a rs t r i n gs t r i n 9 2 ：= ： v a r s t r i n gs t r i n 9 3 ：= ”： v a r s t r i n gs t r i n 9 4 ：= ： v a r s t r i n gs t r i n 9 5 ：= ”： v a rs t r i n gs t r i n g & = ”： v a r i o i n t t a r g e ta b b ： c o n s tr o b t a r g e t p 2 0 ：= 【11 0 8 9 6 , - 3 3 0 5 9 5 ，9 8 1 5 7 3 ，【0 6 5 0 4 0 9 ，0 2 7 0 4 8 5 ，0 6 4 8 2 7 4 ，0 2 8 9 0 4 5 ，【1 , - 1 ，o ，o 】， 9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 1 】； c o n s tr o b t a r g e t p 1 0 ：= 1 3 0 3 1 8 ，7 0 5 1 5 ，1 0 3 6 8 2 】，【0 1 8 3 5 7 7 , - 0 4 7 3 7 0 2 ，0 5 9 6 8 9 2 ，一0 6 2 0 9 8 8 ，o , - i ，。l ，o 1 ， 9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 】； c o n s t r o b t a r g e t h o m e ：= 5 9 1 1 1 , - 4 5 a 2 ，1 4 8 7 3 9 1 ，【0 9 3 6 3 6 3 , - 0 0 3 0 8 9 , 0 3 4 7 3 2 9 , - 0 0 4 0 4 2 6 ，【l ，。i ，o ，0 1 ， 9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 ，9 e + 0 9 】； c o n s t s t r i n gc o m 3 ：= ”： v a ri o d e vc o m ； p r o cm a i n ( ) c l o s et o m ； o p e n ”c o r n 3 ： , c o m k b i n ； a b e ： 1 3 第= 章i r b 2 4 q o 型机器人简介 w r i t e s t r b i nc o r n , ”f i r s td a t ah e r e ! ! ! ! f f t + ”o a ”： m o v e jp 1 0 ，v 1 0 0 ，f i n e ，t o o l o ； p p ：= c r o b t 0 ； a b b ：= c j o i n t t 0 ； s e n d d a t ap p ，a b b ； m o v e jp 2 0 ，v 1 0 0 ，f i n e ，t o o l 0 ； p p ：2 c r o b t o ； a b b ：2 c j o i n t t 0 ； s e n d d a t ap p ，a b b ： w r i t e s t r b i ne o m , ”xd i r e c t i o ni so v e r ! ”+ ”o a ”： w r i t e s t r b i ng o m , t e s tp o i n t sa r eo v e r ! + ”0 a ： g o t oa b e ； e n d p r o c p r o cs e n d d a t a ( r o b t a r g e tp p , j o i n t t a r g e ta b v a r s t r i n gs t r i n g l ：= ”： v a rr o b i o i n tr o b j o i m l ； s t r i n g l ：= v a l t o s t r ( p p t r a n s ) ； w r i t e s t r b i ng o m , p o i n t t r a n s l a