智能建造工程装备与机器人 课件 第九章+建造机器人的编程与指令

第九章–建造机器人的编程与指令管东芝靳慧智能建造工程装备与机器人目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍1.1机器人的编程方法建造机器人的编程可以根据不同的标准进行分类，根据编程方式可以分为在线编程和离线编程两类。在线编程也称为示教器编程，通常由操作人员通过示教器控制机械手工具末端到达指定的姿态和位置，记录机器人位姿数据并编写机器人运动指令，完成机器人在正常工作中的运动轨迹、位姿等关节数据信息的采集和记录。离线编程是在机器人脱离实际生产环境时进行编程，通过对工作单元进行三维建模，在仿真环境中建立与现实工作环境对应的场景，使用编程软件进行轨迹规划和离线编程仿真。这种方式可以提高编程效率和安全性，通常配合仿真环境使用。目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍1.2.1机器人的示教编程建造机器人的示教编程一种通过示教器进行的编程方式。示教器编程通常包括：位置示教、路径示教、命令示教、参数调整等方式。示教编程通常用于编程简单的机器人任务或者在实际操作中对机器人进行微调和调试。它具有操作简单、直观易懂的特点，适用于一些不需要复杂编程的场景。然而，示教编程也有一些局限性，例如不能轻松实现复杂的路径规划、逻辑控制和感知决策等功能，因此对于复杂的工业机器人任务通常需要使用其他更高级的编程方式。AUBOPRE(AUBOROBOTPROGRAMMINGENVIEONMENT)为AUBO机器人编程环境的缩写，显示在示教器的触摸屏上，通过此人机交互界面，可以操作机器人本体和控制柜、执行和创建机器人程序、读取机器人日志信息。1.2.2机器人在线编程界面介绍AUBO-E系列机器人提供了便捷的编程方法，用户仅需少量的编程命令即可对AUBO-E5进行控制，极大的提高了工作效率。AUBO-E系列机器人的编程主要是在示教器的页面中进行设置。目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍1.3机器人的编程语言建造机器人编程语言基本概念和原理主要包括：运动控制和轨迹规划、传感器数据处理和反馈控制、并行和协同控制、状态机和逻辑控制、错误处理和异常处理等。（1）运动控制和轨迹规划：机器人编程语言通常提供了丰富的指令和函数，用于控制机器人的运动和轨迹规划。这包括指定机器人的关节运动、末端执行器的路径规划、碰撞检测与避障等功能。编程语言的基本概念包括运动指令的编写和执行，以及如何使用不同的运动算法来实现精确和高效的运动控制。（2）传感器数据处理和反馈控制：许多机器人编程语言支持与各种传感器设备的集成和数据处理。这包括使用视觉传感器进行目标检测和跟踪、使用力传感器进行力控制和力反馈、使用激光雷达进行环境感知等。编程语言的基本概念包括如何读取和处理传感器数据，并根据反馈信息进行实时控制和调整。（3）并行和协同控制：一些机器人编程语言支持并行和协同控制，可以同时控制多个机器人执行复杂的协作任务。这包括协调不同机器人之间的动作和行为、实现分布式控制和协同工作等。编程语言的基本概念包括如何并行执行多个任务和线程，并实现数据共享和同步控制。1.3机器人的编程语言（4）状态机和逻辑控制：机器人编程语言通常支持状态机和逻辑控制结构，用于实现复杂的逻辑判断和控制流程。这包括定义不同的状态和转换条件、实现状态机的状态迁移和动作执行等。编程语言的基本概念包括如何设计和实现状态机，并使用逻辑控制结构来管理机器人的行为和决策。（5）错误处理和异常处理：机器人编程语言通常提供了丰富的错误处理和异常处理机制，用于处理程序运行过程中可能出现的各种异常情况和错误情况。这包括捕获和处理运行时错误、实现错误恢复和容错机制等。编程语言的基本概念包括如何设计和实现健壮的错误处理和异常处理策略，以确保机器人系统的稳定性和可靠性。1.3机器人的编程语言建造机器人的编程语言主要有：基于图形化编程界面的编程语言，如ABB的RobotStudio；基于高级编程语言的编程，如C++、python等；特定领域的编程语言，如KRL（KUKARobotLanguage）等，用于特定品牌的机器人编程。遨博机器人使用的编程语言有Lua、C、C++和python。其中Lua就是特定为这一种类型的机器人设计的编程语言。Lua是一种轻量小巧的脚本语言，用标准C语言编写并以源代码形式开放，其设计目的是为了嵌入应用程序中，从而为应用程序提供灵活的扩展和定制功能。目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍1.4机器人基础条件命令1.MOVE指令Move（移动）命令用于机器人末端工具中心点在路点间的移动操作。操作人员在程序列表里新增一个Move节点，该节点下面含有一个Waypoint节点。1.4机器人基础条件命令1.（1）

指令属性面板选中Move节点，条件选项卡页面会自动弹出。此时，操作人员可以对Move命令进行状态配置。单击“昵称”右侧的输入框可修改命令的名称。机械臂运动属性有三种选择：轴动运动、直线运动和轨迹运动。勾选“相对位移”复选框，则用户通过填写X，Y，Z的值对机器人手臂或者末端工具坐标进行调整。可根据Base坐标系以及用户自定义平面坐标系(plane)来选择相应坐标系。交融半径仅用于轨迹运动中的moveP模式（指多个直线轨迹间的圆弧平滑过渡），范围为1~50mm。交融半径的运行特点在于它是一种连续运动，并且不会在该路点停止。RR1.4机器人基础条件命令1.（2）

运动控制轴动运动适用于在空间足够的环境下，用最快的方式移动。操作人员预先设定好的电机的最大速度和加速度（六个机械臂的公共参数）。然后，路点间的各个关节根据运行角度以最快的速度同步到达目标路点（始末速度均为零）。在整个运行过程中，我们都可通过轨迹显示功能观察机械臂的末端运行轨迹。如果希望机器人手臂在路点之间能够快速移动，而不用考虑TCP在这些路点之间的移动路径，则轴动运动是个不错的选择。1.4机器人基础条件命令1.（2）

运动控制直线运动将使工具在路点之间进行线性移动。这意味着每个关节都会执行更为复杂的移动，以使工具保持在直线路径上。适用于此移动类型的参数包括所需工具的最大速度和最大加速度，它们分别以mm/s和mm/s2表示。与轴动运动类似，工具速度能否达到和保持最大速度取决于直线位移和最大加速度参数。1.4机器人基础条件命令1.（2）

运动控制轨迹运动是在多个路点的轨迹运动过程中，相应的关节空间或笛卡儿空间的运行速度、加速度是连续的，而始末路点速度为零，轨迹运动状态配置如图所示。其中，轨迹类型选项目前支持Arc（圆弧）、Cir（圆周）、moveP（直线轨迹的圆弧平滑过渡）和B_Spline（B样条曲线）四种模式。操作人员编写轨迹运动时，每个Move条件下至少需要三个路点，而上限可以为任意数值。1.4机器人基础条件命令1.（2）

运动控制轨迹运动：圆弧运动：根据三点法确定圆弧，并按照顺序进行从起始路点运动至结束路点，它属于笛卡儿空间轨迹规划。弧运动的姿态变化仅受始末点影响，其最大速度和加速度的意义与直线运动相同。圆周运动：与圆弧运动相似，也是根据三点法确定轨迹及运动方向，在完成整个圆周运动后又回到了起点。圆周运动过程中起始点姿态保持不变，其最大速度和加速度的意义与直线运动相同。直线轨迹的圆弧平滑过渡（moveP）：通常，我们在相邻两段直线设置的交融半径处选择圆弧平滑过渡方式时，运行过程中机器人的姿态变化仅受始末点影响，其最大速度和加速度的意义与直线运动相同。B样条曲线：该运动模式是根据给定的路径点拟合出一条路径曲线。生成拟合曲线所使用的路点越多，则拟合出的曲线越接近预期值。1.4机器人基础条件命令2.SET指令Set命令界面如图所示。（1）单击“昵称”右侧的输入框可以修改的命

令的名称。（2）勾选“工具参数”可选择设置过的法兰中心。（3）勾选“碰撞等级”可选择安全等级。（4）勾选IO用于设置某路DO/AO的状态。（5）勾选变量，在其下拉列表选择一个变量。然后在右侧的输入框中写入一个表达式给选中的变量赋值，表达式的运算遵循C语言运算规则。（6）单击“移除”按钮可删除此Set命令。（7）单击“确认”按钮保存此命令状态配置。1.4机器人基础条件命令3.WAIT指令Wait命令界面如图所示。（1）单击“昵称”右侧的输入框可修改命令的名称。（2）勾选“等待时间”复选框，时间值可由用户设置。（3）勾选“Wait条件”复选框，可通过输入表达式来设置等待方式。（4）单击“清除”按钮，可清除条件内容。（5）单击“确认”按钮保存Wait条件。（6）单击“移除”按钮可删除此Wait命令。1.4机器人基础条件命令4.LOOP指令Loop是循环命令，Loop节点包含的程序会循环运行，直到终止条件成立。（1）单击“昵称”右侧的空白处会弹出输入框，操作人员可修改命令名称。（2）勾选“无限循环”单选按钮并设置循环次数，当程序循环到达次数后将会退出循环。（3）选择“Loop条件”单选按钮并设置循环条件表达式，当表达式成立后程序便进入循环；表达式不成立时程序将退出循环。可单击“清除”按钮清空表达式。（4）单击“确定”按钮来确认此命令状态配置并保存。1.4机器人基础条件命令5.BREAK指令Break命令是跳出循环命令，当Break条件成立时，程序将跳出循环。（1）单击“昵称”右侧的空白处会弹出输入框，操作人员可修改命令名称。（2）Break命令只能用于Loop循环中，并且Break命令前必须有一条If命令。当If中的判断条件成立时，运行Break命令，程序将跳出循环；否则，页面会弹出错误提示。（3）单击“移除”按钮，则删除此Break命令。1.4机器人基础条件命令6.CONTINUE指令Continue是结束单次循环命令，当Continue条件成立时，程序将结束本次循环。它与Break命令的区别在于：Break命令跳出整个循环后，不会再次进入循环；而Continue命令跳出的是单次循环，并且在下个循环周期还会再次进入循环之中。（1）单击“昵称”右侧的空白处将会弹出输入框，操作人员可修改命令名称。（2）Continue命令也只能用于Loop循环中，并且Continue命令前必须有一条If命令。当If中的判断条件成立时，执行Continue命令，跳出本次循环；否则，页面将弹出错误提示。（3）单击“移除”按钮，则删除此Continue命令。1.4机器人基础条件命令7.IF…ELSE…指令If…else是选择判断命令，通过判断条件来运行不同的程序分支。（1）单击“昵称”右侧的空白处会弹出输入框，可修改命令名称。（2）单击If条件下的空白窗口会弹出输入框，操作人员可输入选择判断条件表达式，表达式的运算遵循C语言运算规则。当表达式成立时，执行If节点包含的程序；若表达式不成立，则执行Else或Elseif节点包含的程序。（3）单击“移除”按钮清除表达式。（4）单击“添加Elseif”按钮可添加一个ElseIf节点，一个If可以添加多个ElseIf。（5）单击“添加Else”按钮可添加一个Else节点，与当前If节点构成一个If…Else组合。一个If条件只能添加一个Else。（6）单击“移除”按钮可删除此If条件命令，并且与此If对应的ElseIf及Else也会被删除。（7）单击“确认”按钮保存状态配置。1.4机器人基础条件命令8.SWITCH…CASE…DEFAULT指令Switch...Case...Default是条件选择命令，通过判断条件来选择运行不同的Case程序分支。（1）单击“昵称”右侧空白处会弹出输入框，可修改命令名称。（2）单击“条件”按钮下空白窗口将会弹出输入框，操作人员可输入选择判断的条件表达式，表达式的运算遵循Lua语言运算规则。当运行Switch命令时，程序会首先计算表达式的数值，然后与下面的Case语句的条件数值依次比较，若相等，则执行该Case下面的程序段；若没有满足条件的Case数值，则执行Default对应的程序段。（3）判断真伪只能用true/false，不能用1/0代替。（4）单击“移除”按钮清除表达式。（5）单击“添加Case”按钮则可添加一个Case节点，与当前Switch节点构成一个Switch...Case组合。一个Switch可添加多个Case。（6）单击“添加Default”按钮则可添加一个Default节点。一个Switch只能添加一个Default节点。（7）单击“移除”按钮可删除选中的Switch，并且与之对应的Case及Default语句也会一并被删除。（8）单击“确认”按钮，保存状态配置。1.4机器人基础条件命令9.TIMER指令Timer命令为定时命令，可测量工程文件中节点的运行时间。定时器为工程文件开始到运行到节点的时间与次数记录。可测量机械臂在运动过程中所需要的时间。9.(1)插入定时器点击昵称右侧空白输入框，可修改命令名称。点击移除可删除此选中的行注释命令。点击确认为确认状态配置,并保存。1.4机器人基础条件命令9.(2)定时器状态显示菜单栏选择在线编程，工具栏选择状态-定时器，可查看定时器状态显示。昵称对应工程文件中的命令名称。时间为程序起始点运行到此Timer命令时所用的时间。次表示此条Timer命令在程序文件中执行的次数。Timer1及Timer2为选中某条Timer命令时，显示的对应时间。时间间隔为选中的Timer距离上一个选中Timer的时间间隔。注意:timer1与timer2的显示与点击列表中的条件名称顺序有关系，以按钮显示灰色为准，与time名称的显示顺序没有关系。1.4机器人基础条件命令10.LINECOMMENT命令LineComment是行注释命令，通过行注释对下面的程序行进行解释说明。（1）点击昵称右侧空白输入框,可修改命令名称。（2）点击注释右侧空白输入框，可输入文字对下面的程序行解释说明。（3）点击移除可删除此选中的行注释命令。（4）点击确认为确认状态配置，并保存。1.4机器人基础条件命令11.BLOCKCOMMENT命令BlockComment是块注释命令，通过行注释对下面的程序段进行解释说明。（1）点击昵称右侧空白输入框，可修改命令名称（2）点击注释右侧空白输入框，可输入文字对下面的程序段解释说明。（3）点击移除可删除此选中的块注释命令。（4）点击确认为确认状态配置，并保存。1.4机器人基础条件命令12.GOTO命令Goto

命令可以中断当前任务，并转向其他任务。点击昵称右侧空白输入框，可修改命令名称。点击移除可删除此选中的Goto命令。点击确认为确认配置，并保存。1.4机器人基础条件命令13.MESSAGE命令Message是信息弹出命令，通过弹出信息窗口，向使用者传达状态信息。利用弹窗命令(Message)可指定一则消息，程序运行至此命令时在屏幕显示该消息。点击昵称右侧输入框可修改命令名称。可以选择消息的类型。点击Message类型下拉菜单，分别对应Information,Warning，Critical，三种不同的图标样式的消息类型。点击消息右侧空白输入框，可输入文字，来传达状态信息。显示弹出窗口后，机器人将等待用户/操作员按下窗口中的确定按钮，才能继续运行程序。勾选当消息框弹出时停止工程，当有信息窗口弹出时，工程项目将自动停止。点击移除可删除此选中的Message。点击确认为确认状态配置，并保存。目录一、机器人的编程方法二、机器人的示教编程三、机器人的编程语言四、机器人基础条件命令五、AUBOPE仿真平台基础命令介绍1.5.1AUBOPE平台AUBOPE(AUBORobotProgrammingEnvironment)为AUBO协作机器人编程环境的缩写，在示教器的触摸屏上，通过此人机交互界面，可以操作机器人本体和控制柜、执行和创建机器人程序、读取机器人日志信息。同时可以在PC端使用虚拟机械臂进行机器人的操作和编程练习。功能特点：机器人运动控制仿真三维模型展示在线编程仿真二次开发等1.5.1AUBOPE平台1.双击AUBOPE2.输入登陆密码：13.点击保存4.确认进入仿真模式注意：由于程序在虚拟机上运行，无法进行io设置AUBOPE：机械臂仿真平台Files：文件储存位置Terminal：终端窗口1.5.2AUBOPE平台-机械臂示教界面机械臂三维模型：直观展示机械臂姿态及运动可控制视角、缩放及显示物品机械臂运动控制：位置控制：根据参考坐标系进行位置（XYZ）的移动姿态控制：进行姿态的控制（RXRYRZ）关节控制：关节由下至上为别为关节1到关节6，针对关节转动角度进行控制机械臂位置姿态：机械臂末端坐标系(Flan