机器人软件结构.ppt

1 机器人软件结构 2 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 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 系统的第三级是运动的控制软件。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， 进行离线的调试与仿真。 8 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： 伺服控制级软件； 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； 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三级： (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学运算。 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