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1、1 機(jī)器人軟件結(jié)構(gòu) 2 內(nèi)容簡(jiǎn)介 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的編程語(yǔ)言 機(jī)器人的編程 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 機(jī)器人系統(tǒng)可大致由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 其中硬件系統(tǒng)包括機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及計(jì) 算機(jī)與控制系統(tǒng)，機(jī)器人的精度與執(zhí)行工作的速度由硬 件系統(tǒng)決定。 軟件系統(tǒng)則是所有控制程序的統(tǒng)稱，機(jī)器人執(zhí)行何種操 作、操作控制的方便性及具有的功能則由機(jī)器人的軟件 系統(tǒng)決定。 機(jī)器人的硬件系統(tǒng)己趨向于模塊化和簡(jiǎn)單化，而且逐步 定型；機(jī)器人的軟件系統(tǒng)則由于機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的多樣 化而趨向于復(fù)雜化。 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，特別是智能

2、機(jī)器人的發(fā)展，機(jī) 器人的軟件在整個(gè)系統(tǒng)中占的比例將愈來(lái)愈大。 3 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 機(jī)器人的基本工作原理圖 4 機(jī)器人軟件的作用與構(gòu)成 很明顯，硬件系統(tǒng)則是動(dòng)作的執(zhí)行者，而軟件系統(tǒng)是機(jī) 器人工作的指揮核心。 軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件是由機(jī)器人制造廠商提供，相當(dāng)于機(jī)器的操作 系統(tǒng)，它提供了各種控制機(jī)器人動(dòng)作的手段和指令系統(tǒng)。 機(jī)器人的系統(tǒng)軟件的主要功能有：提供人一機(jī)器人對(duì)話 的手段、提供控制機(jī)器人的指令系統(tǒng)與編程環(huán)境、監(jiān)控 和管理機(jī)器人完成任務(wù)的過(guò)程和實(shí)時(shí)監(jiān)控各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。 應(yīng)用軟件是由用戶編制的，它是使機(jī)器人完成具體任務(wù) 的程序。 5 系統(tǒng)軟

3、件及結(jié)構(gòu) 按系統(tǒng)軟件功能的不同，機(jī)器 人系統(tǒng)軟件可用分級(jí)的方法概 括如圖所示。機(jī)器人具有的不 同軟件級(jí)別，是區(qū)別機(jī)器人先 進(jìn)性的重要標(biāo)志。 6 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第一級(jí)，即實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件。任何機(jī)器人至少都具 有這一級(jí)的軟件，其主要任務(wù)是將期望的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化 成各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩，并監(jiān)視此運(yùn)動(dòng)的完成， 這級(jí)軟件大多由匯編語(yǔ)言寫成，要求有極好的實(shí)時(shí)性， 監(jiān)控整個(gè)運(yùn)動(dòng)的核心在這一級(jí)上。 系統(tǒng)的第二級(jí)是點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制軟件。這是目前市場(chǎng)上多 數(shù)機(jī)器人均具有的，它只能控制點(diǎn)到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)任務(wù) 復(fù)雜時(shí)，其編程比較繁瑣、困難，同時(shí)編出的程序一般 只能依順序執(zhí)行，很少有分支能力。 7 系

4、統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第三級(jí)是運(yùn)動(dòng)的控制軟件。這一級(jí)的主要任務(wù)是 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和軌跡的規(guī)劃，它保證任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程在比較 優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行，指令較全，同時(shí)它可支持多設(shè)備的 協(xié)調(diào)工作，對(duì)具有這級(jí)軟件的機(jī)器人編程相對(duì)簡(jiǎn)單一些。 系統(tǒng)的第四級(jí)是結(jié)構(gòu)化編程支持級(jí)。此級(jí)實(shí)質(zhì)上是一個(gè) 編譯系統(tǒng)，它使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制編程可以脫離機(jī)器人， 進(jìn)行離線的調(diào)試與仿真。 8 系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的第五級(jí)，目前大多數(shù)機(jī)器人都不具備。在這一級(jí) 給機(jī)器人編程時(shí)是以任務(wù)為單位給定的，不必用具體的 運(yùn)動(dòng)來(lái)描述，這是軟件的高級(jí)層次，主要用人工智能的 手段來(lái)解決。諸如環(huán)境的區(qū)別、任務(wù)的描述、任務(wù)的劃 分等問(wèn)題，均需用該層軟件

5、來(lái)解決。很明顯，在整個(gè)機(jī) 器人軟件系統(tǒng)中有不少是用于監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程的， 這相當(dāng)于機(jī)器人的內(nèi)部特性。一般來(lái)講，用戶關(guān)心的是 機(jī)器人的語(yǔ)言，而不是語(yǔ)言的具體工作過(guò)程。 9 機(jī)器人的編程語(yǔ)言 機(jī)器人的編程語(yǔ)言是機(jī)器人系統(tǒng)軟件的重要組成部分， 其發(fā)展與機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是同步的。 機(jī)器人語(yǔ)言有四種主要類型，從低級(jí)到高級(jí)分別是： 1、面向點(diǎn)位控制的機(jī)器人語(yǔ)言 (如 T3 FUNKY語(yǔ)言等 )； 2、面向運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人語(yǔ)言 (如 VAL.EMUY.RCL語(yǔ)言等 )； 3、結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言 (如 AL.MCL.MAPL語(yǔ)言等 )； 4、面向任務(wù)的機(jī)器人語(yǔ)言 (如 AUTOPASS語(yǔ)言

6、等 )。 10 機(jī)器人的編程語(yǔ)言 每個(gè)機(jī)器人的語(yǔ)言大都可以歸于上述一類中。另外一種 語(yǔ)言則是對(duì)任何機(jī)器人都適用的，那就是實(shí)時(shí)監(jiān)控語(yǔ)言， 但這種語(yǔ)言的使用需要很高的技巧及對(duì)系統(tǒng)硬件詳盡的 了解，一般用戶不必使用，只有研究人員才應(yīng)用此級(jí)軟 件。 目前，各種機(jī)器人語(yǔ)言紛繁復(fù)雜，機(jī)器人語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化的 要求日益迫切，機(jī)器人語(yǔ)言一方面向完善方向發(fā)展，另 一方面則可能向標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展。 11 機(jī)器人的編程 1 機(jī)器人的示教 用機(jī)器人代替人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，必須預(yù)先對(duì)機(jī)器人發(fā)出指 示，規(guī)定機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)該完成的動(dòng)作和作業(yè)的具體內(nèi)容。 這個(gè)過(guò)程就稱為對(duì)機(jī)器人的示教或?qū)C(jī)器人的編程。 對(duì)機(jī)器人的示教

7、有不同的方法，要想讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人們 所期望的動(dòng)作，必須賦予機(jī)器人各種信息，首先是機(jī)器 人動(dòng)作順序的信息及外部設(shè)備的協(xié)調(diào)信息；其次是與機(jī) 器人工作時(shí)的附加條件信息；再次是機(jī)器人的位置和姿 態(tài)信息。 12 機(jī)器人的編程 (1) 直接示教 就是我們常說(shuō)的手把手示教，由人直接搬動(dòng)機(jī)器人的手 臂對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，如示教盒示教或操作桿示教等。 在這種示教中，為了示教方便及獲取信息的快捷而準(zhǔn)確， 人們可選擇在不同的坐標(biāo)系下示教，可在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、 直角坐標(biāo)系 (基坐標(biāo)系 )以及工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系或 用戶自定義的坐標(biāo)系下示教。 13 機(jī)器人的編程 (2) 離線示教 不對(duì)實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人直接進(jìn)

8、行示教，而是脫離實(shí)際作 業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教。在離 線示教法 (離線編程 )中，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的模型 (CAD模型 )，不要求機(jī)器人實(shí)際產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，便能在示教結(jié) 果的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，從而確定示教內(nèi) 容是否恰當(dāng)及機(jī)器人是否按人們期望的方式運(yùn)動(dòng)。 14 機(jī)器人的編程 2機(jī)器人語(yǔ)言及其分類 機(jī)器人軟件的類型大致有三種： 伺服控制級(jí)軟件； 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制級(jí)軟件，用于對(duì)機(jī)器人軌跡控制 插補(bǔ)和坐標(biāo)變換等； 周邊裝置的控制軟件。 為了讓機(jī)器人產(chǎn)生人們所期望的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)上述三類軟 件的功能，就必須設(shè)計(jì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和編制完成這 種運(yùn)動(dòng)過(guò)程的

9、先后順序，這與計(jì)算機(jī)編制程序的概念是 一樣的。于是使用一種形式語(yǔ)言來(lái)描述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)， 這種形式語(yǔ)言叫做機(jī)器人語(yǔ)言 (Robot Language)。 15 機(jī)器人的編程 以機(jī)器人語(yǔ)言為線索，利用機(jī)器人語(yǔ)言對(duì)機(jī)器人編程， 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人及其周邊裝置的控制。機(jī)器人語(yǔ)言的含義 是，機(jī)器人語(yǔ)言是在人與機(jī)器人之間的一種記錄信號(hào)或 交換信息的程序語(yǔ)言。 關(guān)于機(jī)器人語(yǔ)言的分類，從不同的方面考慮有很多種分 類方法，通常人們根據(jù)作業(yè)描述水平的高低分為三級(jí)： (1)動(dòng)作級(jí) 動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言是以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作為描述的中心，由一系 列命令組成，一般一個(gè)命令對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作，語(yǔ)言簡(jiǎn)單， 易于編程，缺點(diǎn)是不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 16 機(jī)器人的編程 (2)對(duì)象級(jí) 對(duì)象級(jí)語(yǔ)言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語(yǔ)言。 (3) 任務(wù)級(jí) 任務(wù)級(jí)是比較高級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言，這類語(yǔ)言允許使用者 對(duì)工作任務(wù)要求達(dá)到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機(jī) 器人所做的每一個(gè)動(dòng)作的細(xì)節(jié)。只要按某種原則給出最 初的環(huán)境模型和最終的工作狀態(tài)，機(jī)器人可自動(dòng)進(jìn)行推 理計(jì)算，最后生成機(jī)器人的動(dòng)作。 17 18