机器人软件结构

　　机器人软件结构 1 内容简介 ? 机器人软件的作用与构成 ? 系统软件及结构 ? 机器人的编程语言 ? 机器人的编程 2 机器人软件的作用与构成 ? 机器人系统可大致由硬件系统和软件系统组成。 ? 其中硬件系统包括机械系统、传感系统、驱动系统及计 算机与控制系统，机器人的精度与执行工作的速度由硬 件系统决定。 ? 软件系统则是所有控制程序的统称，机器人执行何种操 作、操作控制的方便性及具有的功能则由机器人的软件 系统决定。 ? 机器人的硬件系统己趋向于模块化和简单化，而且逐步 定型；机器人的软件系统则由于机器人执行任务的多样 化而趋向于复杂化。 ? 随着机器人技术的发展，特别是智能机器人的发展，机 器人的软件在整个系统中占的比例将愈来愈大。 3 机器人软件的作用与构成 ? 机器人的基本工作原理图 4 机器人软件的作用与构成 ? 很明显，硬件系统则是动作的执行者，而软件系统是机 器人工作的指挥核心。 ? 软件系统可分为系统软件和应用软件。 ? 系统软件是由机器人制造厂商提供，相当于机器的操作 系统，它提供了各种控制机器人动作的手段和指令系统。 机器人的系统软件的主要功能有：提供人一机器人对话 的手段、提供控制机器人的指令系统与编程环境、监控 和管理机器人完成任务的过程和实时监控各关节的运动。 ? 应用软件是由用户编制的，它是使机器人完成具体任务 的程序。 5 系统软件及结构 ? 按系统软件功能的不同，机器 人系统软件可用分级的方法概 括如图所示。机器人具有的不 同软件级别，是区别机器人先 进性的重要标志。 6 系统软件及结构 ? 系统的第一级，即实时监控软件。任何机器人至少都具 有这一级的软件，其主要任务是将期望的关节运动转化 成各关节的驱动力和驱动力矩，并监视此运动的完成， 这级软件大多由汇编语言写成，要求有极好的实时性， 监控整个运动的核心在这一级上。 ? 系统的第二级是点位运动控制软件。这是目前市场上多 数机器人均具有的，它只能控制点到点的运动，当任务 复杂时，其编程比较繁琐、困难，同时编出的程序一般 只能依顺序执行，很少有分支能力。 7 系统软件及结构 ? 系统的第是运动的控制软件。这一级的主要任务是 进行运动和轨迹的规划，它保证任务的执行过程在比较 优化的基础上进行，指令较全，同时它可支持多设备的 协调工作，对具有这级软件的机器人编程相对简单一些。 ? 系统的第四级是结构化编程支持级。此级实质上是一个 编译系统，它使机器人的运动控制编程可以脱离机器人， 进行离线 系统软件及结构 ? 系统的第五级，目前大多数机器人都不具备。在这一级 给机器人编程时是以任务为单位给定的，不必用具体的 运动来描述，这是软件的高级层次，主要用人工智能的 手段来解决。诸如环境的区别、任务的描述、任务的划 分等问题，均需用该层软件来解决。很明显，在整个机 器人软件系统中有不少是用于监控机器人运动过程的， 这相当于机器人的内部特性。一般来讲，用户关心的是 机器人的语言，而不是语言的具体工作过程。 9 机器人的编程语言 ? 机器人的编程语言是机器人系统软件的重要组成部分， 其发展与机器人技术的发展是同步的。 ? 机器人语言有四种主要类型，从低级到高级分别是： ? 1、面向点位控制的机器人语言(如T3．FUNKY语言等)； ? 2、面向运动的机器人语言(如VAL.EMUY.RCL语言等)； ? 3、结构化编程语言(如AL.MCL.MAPL语言等)； ? 4、面向任务的机器人语言(如AUTOPASS语言等)。 10 机器人的编程语言 ? 每个机器人的语言大都可以归于上述一类中。另外一种 语言则是对任何机器人都适用的，那就是实时监控语言， 但这种语言的使用需要很高的技巧及对系统硬件详尽的 了解，一般用户不必使用，只有研究人员才应用此级软 件。 ? 目前，各种机器人语言纷繁复杂，机器人语言标准化的 要求日益迫切，机器人语言一方面向完善方向发展，另 一方面则可能向标准的方向发展。 11 机器人的编程 ? 1 机器人的示教 ? 用机器人代替人进行作业时，必须预先对机器人发出指 示，规定机器人进行应该完成的动作和作业的具体内容。 这个过程就称为对机器人的示教或对机器人的编程。 ? 对机器人的示教有不同的方法，要想让机器人实现人们 所期望的动作，必须赋予机器人各种信息，首先是机器 人动作顺序的信息及外部设备的协调信息；其次是与机 器人工作时的附加条件信息；再次是机器人的位置和姿 态信息。 12 机器人的编程 ? (1) 直接示教 就是我们常说的手把手示教，由人直接搬动机器人的手 臂对机器人进行示教，如示教盒示教或操作杆示教等。 在这种示教中，为了示教方便及获取信息的快捷而准确， 人们可选择在不同的坐标系下示教，可在关节坐标系、 直角坐标系(基坐标系)以及工具坐标系、工件坐标系或 用户自定义的坐标系下示教。 13 机器人的编程 ? (2) 离线示教 不对实际作业的机器人直接进行示教，而是脱离实际作 业环境生成示教数据，间接地对机器人进行示教。在离 线示教法(离线编程)中，通过使用计算机内存储的模型 (CAD模型)，不要求机器人实际产生运动，便能在示教结 果的基础上对机器人的运动进行仿真，从而确定示教内 容是否恰当及机器人是否按人们期望的方式运动。 14 机器人的编程 ? 2．机器人语言及其分类 ? 机器人软件的类型大致有三种： ① 伺服控制级软件； ② 机器人运动控制级软件，用于对机器人轨迹控制 插补和坐标变换等； ③ 周边装置的控制软件。 ? 为了让机器人产生人们所期望的动作，实现上述三类软 件的功能，就必须设计机器人的运动过程和编制完成这 种运动过程的先后顺序，这与计算机编制程序的概念是 一样的。于是使用一种形式语言来描述机器人的运动， 这种形式语言叫做机器人语言(Robot Language)。 15 机器人的编程 ? 以机器人语言为线索，利用机器人语言对机器人编程， 实现对机器人及其周边装置的控制。机器人语言的含义 是，机器人语言是在人与机器人之间的一种记录信号或 交换信息的程序语言。 ? 关于机器人语言的分类，从不同的方面考虑有很多种分 类方法，通常人们根据作业描述水平的高低分为： ? (1)动作级 ? 动作级语言是以机器人的运动作为描述的中心，由一系 列命令组成，一般一个命令对应一个动作，语言简单， 易于编程，缺点是不能进行复杂的数算。 16 机器人的编程 ? ? ? ? (2)对象级 对象级语言是以描写操作物之间的关系为中心的语言。 (3) 任务级 任务级是比较高级的机器人语言，这类语言允许使用者 对工作任务要求达到的目标直接下命令，不需要规定机 器人所做的每一个动作的细节。只要按某种原则给出最 初的环境模型和最终的工作状态，机器人可自动进行推 理计算，最后生成机器人的动作。 17 18