機器人軟件結(jié)構(gòu)

1機器人軟件結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是1頁\一共有18頁\編輯于星期五

2內(nèi)容簡介機器人軟件的作用與構(gòu)成系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu)機器人的編程語言機器人的編程現(xiàn)在是2頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人軟件的作用與構(gòu)成機器人系統(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)包括機械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及計算機與控制系統(tǒng)，機器人的精度與執(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器人的軟件系統(tǒng)決定。機器人的硬件系統(tǒng)己趨向于模塊化和簡單化，而且逐步定型；機器人的軟件系統(tǒng)則由于機器人執(zhí)行任務(wù)的多樣化而趨向于復(fù)雜化。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，特別是智能機器人的發(fā)展，機器人的軟件在整個系統(tǒng)中占的比例將愈來愈大。3現(xiàn)在是3頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人軟件的作用與構(gòu)成機器人的基本工作原理圖4現(xiàn)在是4頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人軟件的作用與構(gòu)成很明顯，硬件系統(tǒng)則是動作的執(zhí)行者，而軟件系統(tǒng)是機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)軟件是由機器人制造廠商提供，相當(dāng)于機器的操作系統(tǒng)，它提供了各種控制機器人動作的手段和指令系統(tǒng)。機器人的系統(tǒng)軟件的主要功能有：提供人一機器人對話的手段、提供控制機器人的指令系統(tǒng)與編程環(huán)境、監(jiān)控和管理機器人完成任務(wù)的過程和實時監(jiān)控各關(guān)節(jié)的運動。應(yīng)用軟件是由用戶編制的，它是使機器人完成具體任務(wù)的程序。5現(xiàn)在是5頁\一共有18頁\編輯于星期五系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)軟件功能的不同，機器人系統(tǒng)軟件可用分級的方法概括如圖所示。機器人具有的不同軟件級別，是區(qū)別機器人先進(jìn)性的重要標(biāo)志。6現(xiàn)在是6頁\一共有18頁\編輯于星期五系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的第一級，即實時監(jiān)控軟件。任何機器人至少都具有這一級的軟件，其主要任務(wù)是將期望的關(guān)節(jié)運動轉(zhuǎn)化成各關(guān)節(jié)的驅(qū)動力和驅(qū)動力矩，并監(jiān)視此運動的完成，這級軟件大多由匯編語言寫成，要求有極好的實時性，監(jiān)控整個運動的核心在這一級上。系統(tǒng)的第二級是點位運動控制軟件。這是目前市場上多數(shù)機器人均具有的，它只能控制點到點的運動，當(dāng)任務(wù)復(fù)雜時，其編程比較繁瑣、困難，同時編出的程序一般只能依順序執(zhí)行，很少有分支能力。7現(xiàn)在是7頁\一共有18頁\編輯于星期五系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的第三級是運動的控制軟件。這一級的主要任務(wù)是進(jìn)行運動和軌跡的規(guī)劃，它保證任務(wù)的執(zhí)行過程在比較優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行，指令較全，同時它可支持多設(shè)備的協(xié)調(diào)工作，對具有這級軟件的機器人編程相對簡單一些。系統(tǒng)的第四級是結(jié)構(gòu)化編程支持級。此級實質(zhì)上是一個編譯系統(tǒng)，它使機器人的運動控制編程可以脫離機器人，進(jìn)行離線的調(diào)試與仿真。8現(xiàn)在是8頁\一共有18頁\編輯于星期五系統(tǒng)軟件及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的第五級，目前大多數(shù)機器人都不具備。在這一級給機器人編程時是以任務(wù)為單位給定的，不必用具體的運動來描述，這是軟件的高級層次，主要用人工智能的手段來解決。諸如環(huán)境的區(qū)別、任務(wù)的描述、任務(wù)的劃分等問題，均需用該層軟件來解決。很明顯，在整個機器人軟件系統(tǒng)中有不少是用于監(jiān)控機器人運動過程的，這相當(dāng)于機器人的內(nèi)部特性。一般來講，用戶關(guān)心的是機器人的語言，而不是語言的具體工作過程。9現(xiàn)在是9頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程語言機器人的編程語言是機器人系統(tǒng)軟件的重要組成部分，其發(fā)展與機器人技術(shù)的發(fā)展是同步的。機器人語言有四種主要類型，從低級到高級分別是：1、面向點位控制的機器人語言(如T3．FUNKY語言等)；2、面向運動的機器人語言(如語言等)；3、結(jié)構(gòu)化編程語言(如語言等)；4、面向任務(wù)的機器人語言(如AUTOPASS語言等)。10現(xiàn)在是10頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程語言每個機器人的語言大都可以歸于上述一類中。另外一種語言則是對任何機器人都適用的，那就是實時監(jiān)控語言，但這種語言的使用需要很高的技巧及對系統(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)用此級軟件。目前，各種機器人語言紛繁復(fù)雜，機器人語言標(biāo)準(zhǔn)化的要求日益迫切，機器人語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現(xiàn)在是11頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程1機器人的示教用機器人代替人進(jìn)行作業(yè)時，必須預(yù)先對機器人發(fā)出指示，規(guī)定機器人進(jìn)行應(yīng)該完成的動作和作業(yè)的具體內(nèi)容。這個過程就稱為對機器人的示教或?qū)C器人的編程。對機器人的示教有不同的方法，要想讓機器人實現(xiàn)人們所期望的動作，必須賦予機器人各種信息，首先是機器人動作順序的信息及外部設(shè)備的協(xié)調(diào)信息；其次是與機器人工作時的附加條件信息；再次是機器人的位置和姿態(tài)信息。12現(xiàn)在是12頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程(1)直接示教

就是我們常說的手把手示教，由人直接搬動機器人的手臂對機器人進(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現(xiàn)在是13頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程(2)離線示教

不對實際作業(yè)的機器人直接進(jìn)行示教，而是脫離實際作業(yè)環(huán)境生成示教數(shù)據(jù)，間接地對機器人進(jìn)行示教。在離線示教法(離線編程)中，通過使用計算機內(nèi)存儲的模型(CAD模型)，不要求機器人實際產(chǎn)生運動，便能在示教結(jié)果的基礎(chǔ)上對機器人的運動進(jìn)行仿真，從而確定示教內(nèi)容是否恰當(dāng)及機器人是否按人們期望的方式運動。14現(xiàn)在是14頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程2．機器人語言及其分類機器人軟件的類型大致有三種：

伺服控制級軟件；

機器人運動控制級軟件，用于對機器人軌跡控制插補和坐標(biāo)變換等；周邊裝置的控制軟件。為了讓機器人產(chǎn)生人們所期望的動作，實現(xiàn)上述三類軟件的功能，就必須設(shè)計機器人的運動過程和編制完成這種運動過程的先后順序，這與計算機編制程序的概念是一樣的。于是使用一種形式語言來描述機器人的運動，這種形式語言叫做機器人語言(RobotLanguage)。15現(xiàn)在是15頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程以機器人語言為線索，利用機器人語言對機器人編程，實現(xiàn)對機器人及其周邊裝置的控制。機器人語言的含義是，機器人語言是在人與機器人之間的一種記錄信號或交換信息的程序語言。關(guān)于機器人語言的分類，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：(1)動作級動作級語言是以機器人的運動作為描述的中心，由一系列命令組成，一般一個命令對應(yīng)一個動作，語言簡單，易于編程，缺點是不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算。16現(xiàn)在是16頁\一共有18頁\編輯于星期五機器人的編程(2)對象級對象級語言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語言。(3)任務(wù)級任務(wù)級是比較高級的機器