第八章机器人编程36页1.4M案例.ppt

东南大学远程教育 机器人技术 第五十五讲 主讲教师 王兴松 机器人编程RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型8 2机器人语言系统结构和基本功能8 3常用的机器人编程语言8 4机器人的离线编程 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型任务 检验工件有无缺陷 销钉插入锥形孔 销钉压入锥形孔 检验是否压紧了 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型1 对机器人编程的要求 1 能够建立世界模型是描述物体三维运动的方法 定义相关几何体的名义变量来建模 模型要描述尽可能多的有关物体和机械手的信息 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型1 对机器人编程的要求 2 能够描述机器人的作业描述水平决定了编程语言水平 利用空间关系说明物体形态 东南大学远程教育 机器人技术 第五十六讲 主讲教师 王兴松 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型1 对机器人编程的要求 3 能够描述机器人的运动例 移至goal1 在移至goal2 然后经过via1到goal3 VAL 语言 AL语言 机械手garm movegoal1movegarmtogoal1 movegoal2movegarmtogoal2 movevialmovegarmtogoal3viavia1 movegoal3 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型1 对机器人编程的要求 4 允许用户规定执行流程包括实验 转移 循环 调用子程序以及中断 多台计算机的并行处理 使用某种传感器来监控不同的过程 5 要有良好的编程环境 在线修改和立即重新启动 传感器的输出和程序追踪 仿真 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型1 对机器人编程的要求 6 需要人机接口和综合传感信号人机间进行信息交换 及时处理故障 可根据传感器信号来控制程序的流程 三类传感器 位置检测 力觉和触觉 视觉 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型2 机器人编程语言的类型 1 动作级 以VAL为代表 以机器人的运动作为描述中心 每一命令对应一个动作 优点 语句简单 易于编程 缺点 不能进行复杂计算 不能接受复杂传感信号 关节级 给出机器人个关节位移的时间序列 终端执行器级 给出终端执行器的位姿和辅助机能的时间序列 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型2 机器人编程语言的类型 2 对象级 AML AUTOPASS 以描述物体间的关系为中心的语言 特点 运动控制 处理传感器信息 通信和数字运算 具有和好的扩展性利用知识库和数据库进行仿真 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型2 机器人编程语言的类型 3 任务级 普渡大学 RCCL 对工作任务所要达到的饿目标直接下命令 RobotProgramming 8 1机器人编程要求与语言类型2 机器人编程语言的类型 4 决定编程语言具有不同设计特点的因素语言模式语言形式几何学数据形式旋转矩阵的规定与表示控制结构控制多个机械手的能力控制模式运动形式信号线传感器接口支援模块调试性能 RobotProgramming 8 2机器人语言系统的结构1 机器人语言系统的结构机器人语言操作系统的三个基本的操作状态 监控状态 编辑状态 执行状态 RobotProgramming 8 2机器人语言系统的结构2 机器人编程语言的基本功能 1 运算解析几何运算的计算工具包括 机械手解答及逆解答 坐标运算和位置表示 矢量运算 2 决策根据传感器输入信息作出决策 条件转移指令形式 符号检验关系检验布尔检验逻辑检验集合检验 RobotProgramming 8 2机器人语言系统的结构2 机器人编程语言的基本功能 3 通讯机器人提供信息 信号灯字符显示设备图形显示设备语言合成器及音响设备人对机器人 说话 按钮键盘光标及光笔光学字符阅读机远距离操纵主控装置其他 语音输入输出 RobotProgramming 8 2机器人语言系统的结构2 机器人编程语言的基本功能 4 机械手运动按提供的一组关节位置运动 或按工作空间内的一系列位置运动 绝对运动和相对运动 计算机引入 提高其工作能力 5 工具指令直接控制 由某个开关或继电器触发 采用工具功能控制器 进行复杂控制 RobotProgramming 8 2机器人语言系统的结构2 机器人编程语言的基本功能 6 传感数据处理内体感受器触觉传感器距离传感器力和力矩传感器视觉传感器 RobotProgramming 8 3常用的机器人编程语言1 VAL语言 1979 美 Unimation公司 用于PUMA UNIMATE2000 UNIMATE4000系列 六种监控指令 1 定义位置 姿势 2 程序编程 3 列表指令 4 存储指令 5 控制程序执行指令 6 系统状态控制 RobotProgramming 8 3常用的机器人编程语言2 SIGLA语言 70年代 意 OLIVETTI公司 用于直角坐标式的SIGLA型装配机器人 32个指令字 分为六类 1 输入输出指令 2 逻辑指令 3 几何指令 4 调子程序指令 5 逻辑联锁指令 6 编辑指令另有9个控制定义字 RobotProgramming 8 3常用的机器人编程语言3 IML语言 日 九洲大学 对末端执行器进行编程的动作级语言 物体位姿有六维矢量表示 系统指令和用户自定义指令 其它特征 1 描述往返操作可不用循环语句 2 可直接在工作坐标系内使用 3 可将要示教的轨迹定义成指令 加入到语言中 可体现力 RobotProgramming 8 3常用的机器人编程语言4 AL语言 70年代 美 斯坦福大学 基于ALGOL 和PASCAL共用 用于多机械手并行控制的编程 基本功能语句 标量矢量旋转坐标系变换块结构形式运动语句手的开合两物体结合的操作力觉的处理功能力的稳定性控制同时控制多个机械手可使用子程序及数组可与VAL语言进行信息交流 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程1 机器人离线的特点和主要内容优点 1 减少机器人非工作时间 2 使编程者远离危险 3 使用范围广 4 便于和CAD CAM系统结合 5 可使用高级编程语言对复杂任务进行编程 6 便于修改机器人程序 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程1 机器人离线的特点和主要内容编程需考虑的内容 1 机器人工作过程的知识 2 机器人和工作环境三维实体模型 3 机器人几何学 运动学和动力学知识 4 可进行运动图形仿真 5 轨迹规划和检查算法 6 传感器的接口和仿真 7 通讯功能 8 用户接口 另 减小仿真与实际间误差 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 1 用户接口 两个接口 用于示教编程及语言编程 重要部分 机器人语言 对机器人系统进行图形编辑 2 机器人系统的三维构型三种方式 结构立体几何表示 扫描表示 边界表示 采用零件和工具的CAD模型 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 3 运动学计算 包括运动学正解及运动学反解两部分 运动学反解 其与控制柜的联系选择 直接输入关节值 输入笛卡儿坐标值 与控制柜通讯是的注意点 采用公式一致 可行解确定准则一致 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 4 轨迹规划 两种类型 自由移动 依赖于轨迹的约束运动 轨迹规划算法 关节空间及笛卡儿空间的差补计算 5 动力学模型 高速 重载下 防止较大误差 三类动力学模型 数字法 符号法 解析法 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 6 并行操作 多台机器人的协调工作 一台机器人与视觉系统相配合 7 传感器的仿真 主要是几何模型间干涉 相交检验问题 触觉 接近觉及力觉传感器的仿真 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 8 通讯接口 把仿真生成的运动程序转换成各种机器人控制柜可接受的代码 方法一 选择较为通用的语言 然后再对该语言加工 方法二 用翻译系统将离线编程结果快速生成机器人运动程序代码 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程2 机器人离线编程系统的结构 9 误差的校正 误差原因机器人 连杆制造误差和关节偏置变化 结构刚度不足 相同型号机器人的不一致性 控制器的误差 编程系统 数字精度 实际世界模型数据的质量 误差校正一 基准点方法 精度不高 二 传感器反馈 精度教高 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 1 HOLPSS系统结构语言处理模块运动学及规划模块三维构型模块运动仿真模块通讯模块主控模块传感器仿真模块 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 2 HOLPSS系统的功能一 三维几何构型基本体的构造 扫操作方法 局部变形或集合运算 机器人总体构型 体素构造和分级装配 二 运动的动态仿真和动画技术 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 2 HOLPSS系统的功能三 通讯及后置处理两种通讯方式 翻译离线编程语言 只输入有关数据 两种传送方式 接口总线 磁盘 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 2 HOLPSS系统的功能四 机器人作业总体布局直接搜索 启发式搜索 五 碰撞和路径优化5个自由度规定的弧焊作业 冗余度机器人避免碰撞和回避奇异性的自动规划 RobotProgramming 8 4机器人的离线编程3 机器人离线编程仿真系统HOLPSS 2 HOLPSS系统的功能六