[工业机器人编程技术]工业机器人技术介绍

　　[摘要]伴随着工业机器人的发展,机器人编程技术也得到发展和完善;机器人编程已成为机器人技术的一个重要部分;机器人的功能除了依靠机器人硬件的支持外,相当一部分依赖机器人语言来完成。本文论述了机器人编程语言系统的组成,机器人的语言功能以及机器人的坐标系统等;在编程方法方面重点讲述了如何确立机器人运动轨迹和编程语言的规范,最后对比了两种编程语言的特点并以实例讲解。
　　[关键词]工业机器人 编程 示教
　　
　　一、机器人编程语言系统的组成
　　
　　机器人编程语言像一个计算机系统,包括硬件、软件和被控设备。即机器人语言包括语言本身、运行语言的控制机、机器人、作业对象、周围环境和外围设备接口等。机器人编程语言系统的组成如图1所示。图中的箭头表示信息的流向,机器人语言的所有指令均通过控制机经过程序的编译、解释后发出控制信号。
　　控制机一方面向机器人发出运动控制信号,另一方面,向外围设备发控制信号,外围设备如机器人焊接系统中的电焊机以及机器人搬运系统中的空压机等。周围环境通过感知系统把环境信息通过控制机反馈给语言,而这里的环境是指机器人作业空间内的物体位置、姿态以及物体之间的相互关系。
　　
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　　二、工业机器人的语言功能
　　
　　1.运算功能。运算功能是机器人最重要的功能之一。对于装有传感器的机器人所进行的主要是解析几何运算,包括机器人的正解、逆解、坐标变换及矢量运算等。根据运算的结果,机器人能自行决定工具或手爪下一步应到达何处。
　　2.运动功能。运动功能是机器人最基本的功能。机器人的设计目的是用它来代替人的繁复劳动,因此机器人发展到今天,不管其功能多么复杂,动作控制仍然是其基本功能,也是机器人语言系统的基本功能。机器人的运动功能就是机器人语言用最简单的方法向各关节伺服装置提供一系列关节位置及姿态信息,由伺服系统实现运动。
　　3.决策功能。所谓决策的能就是指机器人根据作业空间范围内的传感信息不做任何运算而做出的判断决策。这种决策功能一般用条件转移指令由分支程序来实现。条件满足则执行一个分支,不满足则执行另一个分支。
　　
　　三、机器人的坐标系统
　　
　　要想操控机器人完全按照设定的轨迹运动,必须明确机器人的坐标系统,在什么情况下该用何种坐标系。当前的主流机器人都是采用6自由度,即6个能够独立活动的坐标轴,如图2所示:
　　
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　　机器人可以建立的坐标系有“World坐标系”,“Base坐标系”,“Tool坐标系”,“Axis轴坐标系”四个。各个坐标系统的特点和用途均不一样:Axis坐标一般用来操作机器人的各个轴的运动(如果是六个自由度的机器人会有A1-A6六个轴,每个轴都有自己的旋转方向和角度),机器人在运行过程中需要各个轴之间配合运动,有旋转也有直线等;World坐标系统主要是在编程的时候用来标定机器人的初始位置以及零点位置,该坐标系统类似于空间三维坐标系统;Tool坐标主要是机器人在进行实际工作时的一个参照坐标系,他的工具可以是夹具、焊钳或者喷枪等;Base坐标主要是机器人相对于自身的坐标系统,其原点一般在机器人底座的中心点。
　　
　　四、工业机器人的编程
　　
　　所有的机器人编程主要是从定义机器人运行轨迹和运行方式入手的。当前主流的机器人都是采用定义三种轨迹方式:点到点,直线和圆弧。
　　1.点到点的移动:工作空间内机器人始终在两点之间的定位,以最快的路径进行,而且所有的轴的移动同时开始和结束,所有的轴必须同步;这时无法精确的预计机器人的轨迹。采用该语句进行程序设计在实际操作过程中容易出现无法预知的运动轨迹,如图3,容易造成一定的安全事故,因此,在编程的时候尽量不用或者少用该语句。
　　
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　　2.线形移动:机器人在移动过程中,各转轴之间将进行配合,使得工具及工件参照点沿着一条通往目标点的移动。一般,当必须按给定的速度沿着某条精确的轨迹抵达一个点或者如果因为存在对撞的方式而不同以点到点移动的方式抵达某些点的时候,将采用线性移动。一般有两种移动方式,分别为精确定位的移动和轨迹逼近的移动,如图4所示:
　　
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