機(jī)器人語(yǔ)言

　　機(jī)器人語(yǔ)言概述

　　機(jī)器人語(yǔ)言（robotlanguage）：通過(guò)符號(hào)來(lái)描述機(jī)器人動(dòng)作的方法。通過(guò)使用機(jī)器人語(yǔ)言，操作者對(duì)動(dòng)作進(jìn)行描述，進(jìn)而完成各種操作意圖。按照語(yǔ)言智能程度的高低，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言可分為三類：執(zhí)行級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)和決策級(jí)語(yǔ)言。其中執(zhí)行級(jí)是指用命令來(lái)描述機(jī)器人的動(dòng)作，又稱為動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言；協(xié)調(diào)級(jí)是指著眼于對(duì)象物的狀態(tài)變化的程序，稱之為結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言；決策級(jí)又稱為目標(biāo)級(jí)語(yǔ)言，只給出工作的目的，自動(dòng)生成可實(shí)現(xiàn)的程序，與自然語(yǔ)言非常相近，而且使用方便，但決策級(jí)語(yǔ)言未進(jìn)入實(shí)用階段。

　　常用的機(jī)器人編程語(yǔ)言

　　一、VAL語(yǔ)言及特點(diǎn)

　　VAL語(yǔ)言是美國(guó)Unimation公司于1979年推出的一種機(jī)器人編程語(yǔ)言，主要配置在PUMA和UNIMATION等型機(jī)器人上，是一種專用的動(dòng)作類描述語(yǔ)言。VAL語(yǔ)言是在BASIC語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以與BASIC語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)很相似。在VAL的基礎(chǔ)上Unimation公司推出了VALⅡ語(yǔ)言。

　　VAL語(yǔ)言可應(yīng)用于上下兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人系統(tǒng)。上位機(jī)為L(zhǎng)SI-11/23，編程在上位機(jī)中進(jìn)行，上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的管理；下位機(jī)為6503微處理器，主要控制各關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)。編程時(shí)可以VAL語(yǔ)言和6503匯編語(yǔ)言混合編程。

　　VAL語(yǔ)言命令簡(jiǎn)單、清晰易懂，描述機(jī)器人作業(yè)動(dòng)作及與上位機(jī)的通信均較方便，實(shí)時(shí)功能強(qiáng)；可以在在線和離線兩種狀態(tài)下編程，適用于多種計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；能夠迅速地計(jì)算出不同坐標(biāo)系下復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的連續(xù)軌跡，能連續(xù)生成機(jī)器人的控制信號(hào)，可以與操作者交互地在線修改程序和生成程序；VAL語(yǔ)言包含有一些子程序庫(kù)，通過(guò)調(diào)用各種不同的子程序可很快組合成復(fù)雜操作控制；能與外部存儲(chǔ)器進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸以保存程序和數(shù)據(jù)。

　　VAL語(yǔ)言系統(tǒng)包括文本編輯、系統(tǒng)命令和編程語(yǔ)言三個(gè)部分。

　　在文本編輯狀態(tài)下可以通過(guò)鍵盤輸入文本程序，也可通過(guò)示教盒在示教方式下輸入程序。在輸入過(guò)程中可修改、編輯、生成程序，最后保存到存儲(chǔ)器中。在此狀態(tài)下也可以調(diào)用已存在的程序。

　　系統(tǒng)命令包括位置定義、程序和數(shù)據(jù)列表、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置和控制、系統(tǒng)開(kāi)關(guān)控制、系統(tǒng)診斷和修改。

　　編程語(yǔ)言把一條條程序語(yǔ)句轉(zhuǎn)換執(zhí)行。

　　二、VAL語(yǔ)言的指令

　　VAL語(yǔ)言包括監(jiān)控指令和程序指令兩種。其中監(jiān)控指令有六類，分別為位置及姿態(tài)定義指令、程序編輯指令、列表指令、存儲(chǔ)指令、控制程序執(zhí)行指令和系統(tǒng)狀態(tài)控制指令。各類指令的具體形式及功能如下：

　　1．監(jiān)控指令

　　1)位置及姿態(tài)定義指令

　　POINT指令：執(zhí)行終端位置、姿態(tài)的齊次變換或以關(guān)節(jié)位置表示的精確點(diǎn)位賦值。

　　其格式有兩種：

　　POINT<變量>[=<變量2>…<變量n>]

　　或POINT<精確點(diǎn)>[=<精確點(diǎn)2>]

　　例如：

　　POINTPICK1=PICK2

　　指令的功能是置變量PICK1的值等于PICK2的值。

　　又如：

　　POINT#PARK

　　是準(zhǔn)備定義或修改精確點(diǎn)PARK。

　　DPOINT指令：刪除包括精確點(diǎn)或變量在內(nèi)的任意數(shù)量的位置變量。

　　HERE指令：此指令使變量或精確點(diǎn)的值等于當(dāng)前機(jī)器人的位置。

　　例如：

　　HEREPLACK

　　是定義變量PLACK等于當(dāng)前機(jī)器人的位置。

　　WHERE指令：該指令用來(lái)顯示機(jī)器人在直角坐標(biāo)空間中的當(dāng)前位置和關(guān)節(jié)變量值。

　　BASE指令：用來(lái)設(shè)置參考坐標(biāo)系，系統(tǒng)規(guī)定參考系原點(diǎn)在關(guān)節(jié)1和2軸線的交點(diǎn)處，方向沿固定軸的方向。

　　格式：

　　BASE[<dX>]，[<dY>]，[<dZ>]，[<Z向旋轉(zhuǎn)方向>]

　　例如：

　　BASE300，–50，30

　　是重新定義基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置，它從初始位置向X方向移300，沿Z的負(fù)方向移50，再繞Z軸旋轉(zhuǎn)了30°。

　　TOOLI指令：此指令的功能是對(duì)工具終端相對(duì)工具支承面的位置和姿態(tài)賦值。

　　2)程序編輯指令

　　EDIT指令：此指令允許用戶建立或修改一個(gè)指定名字的程序，可以指定被編輯程序的起始行號(hào)。其格式為

　　EDIT[<程序名>]，[<行號(hào)>]

　　如果沒(méi)有指定行號(hào)，則從程序的第一行開(kāi)始編輯；如果沒(méi)有指定程序名，則上次最后編輯的程序被響應(yīng)。

　　用EDIT指令進(jìn)入編輯狀態(tài)后，可以用C、D、E、I、L、P、R、S、T等命令來(lái)進(jìn)一步編輯。如：

　　C命令：改變編輯的程序，用一個(gè)新的程序代替。

　　D命令：刪除從當(dāng)前行算起的n行程序，n缺省時(shí)為刪除當(dāng)前行。

　　E命令：退出編輯返回監(jiān)控模式。

　　I命令：將當(dāng)前指令下移一行，以便插入一條指令。

　　P命令：顯示從當(dāng)前行往下n行的程序文本內(nèi)容。

　　T命令：初始化關(guān)節(jié)插值程序示教模式，在該模式下，按一次示教盒上的“RECODE”按鈕就將MOVE指令插到程序中。

　　3)列表指令

　　DIRECTORY指令：此指令的功能是顯示存儲(chǔ)器中的全部用戶程序名。

　　LISTL指令：功能是顯示任意個(gè)位置變量值。

　　LISTP指令：功能是顯示任意個(gè)用戶的全部程序。

　　4)存儲(chǔ)指令

　　FORMAT指令：執(zhí)行磁盤格式化。

　　STOREP指令：功能是在指定的磁盤文件內(nèi)存儲(chǔ)指定的程序。

　　STOREL指令：此指令存儲(chǔ)用戶程序中注明的全部位置變量名和變量值。

　　LISTF指令：指令的功能是顯示軟盤中當(dāng)前輸入的文件目錄。

　　LOADP指令：功能是將文件中的程序送入內(nèi)存。

　　LOADL指令：功能是將文件中指定的位置變量送入系統(tǒng)內(nèi)存。

　　DELETE指令：此指令撤銷磁盤中指定的文件。

　　COMPRESS指令：只用來(lái)壓縮磁盤空間。

　　ERASE指令：擦除磁內(nèi)容并初始化。

　　5)控制程序執(zhí)行指令

　　ABORT指令：執(zhí)行此指令后緊急停止(緊停)。

　　DO指令：執(zhí)行單步指令。

　　EXECUTE指令：此指令執(zhí)行用戶指定的程序n次，n可以從–32768到32767，當(dāng)n被省略時(shí)，程序執(zhí)行一次。

　　NEXT指令：此命令控制程序在單步方式下執(zhí)行。

　　PROCEED指令：此指令實(shí)現(xiàn)在某一步暫停、急?；蜻\(yùn)行錯(cuò)誤后，自下一步起繼續(xù)執(zhí)行程序。

　　RETRY指令：指令的功能是在某一步出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤后，仍自那一步重新運(yùn)行程序。

　　SPEED指令：指令的功能是指定程序控制下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，其值從0.01到327.67，一般正常速度為100。

　　6)系統(tǒng)狀態(tài)控制指令

　　CALIB指令：此指令校準(zhǔn)關(guān)節(jié)位置傳感器。

　　STATUS指令：用來(lái)顯示用戶程序的狀態(tài)。

　　FREE指令：用來(lái)顯示當(dāng)前未使用的存儲(chǔ)容量。

　　ENABL指令：用于開(kāi)、關(guān)系統(tǒng)硬件。

　　ZERO指令：此指令的功能是清除全部用戶程序和定義的位置，重新初始化。

　　DONE：此指令停止監(jiān)控程序，進(jìn)入硬件調(diào)試狀態(tài)。

　　2．程序指令

　　1)運(yùn)動(dòng)指令

　　指令包括GO、MOVE、MOVEI、MOVES、DRAW、APPRO、APPROS、DEPART、DRIVE、READY、OPEN、OPENI、CLOSE、CLOSEI、RELAX、GRASP及DELAY等。

　　這些指令大部分具有使機(jī)器人按照特定的方式從一個(gè)位姿運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位姿的功能，部分指令表示機(jī)器人手爪的開(kāi)合。例如：

　　MOVE#PICK！

　　表示機(jī)器人由關(guān)節(jié)插值運(yùn)動(dòng)到精確PICK所定義的位置。“！”表示位置變量已有自己的值。

　　MOVET<位置>，<手開(kāi)度>

　　功能是生成關(guān)節(jié)插值運(yùn)動(dòng)使機(jī)器人到達(dá)位置變量所給定的位姿，運(yùn)動(dòng)中若手為伺服控制，則手由閉合改變到手開(kāi)度變量給定的值。

　　又例如：

　　OPEN[<手開(kāi)度>]

　　表示使機(jī)器人手爪打開(kāi)到指定的開(kāi)度。

　　2)機(jī)器人位姿控制指令

　　這些指令包括RIGHTY、LEFTY、ABOVE、BELOW、FLIP及NOFLIP等。

　　3)賦值指令

　　賦值指令有SETI、TYPEI、HERE、SET、SHIFT、TOOL、INVERSE及FRAME。

　　4)控制指令

　　控制指令有GOTO、GOSUB、RETURN、IF、IFSIG、REACT、REACTI、IGNORE、SIGNAL、WAIT、PAUSE及STOP。

　　其中GOTO、GOSUB實(shí)現(xiàn)程序的無(wú)條件轉(zhuǎn)移，而IF指令執(zhí)行有條件轉(zhuǎn)移。IF指令的格式為

　　IF<整型變量1><關(guān)系式><整型變量2><關(guān)系式>THEN<標(biāo)識(shí)符>

　　該指令比較兩個(gè)整型變量的值，如果關(guān)系狀態(tài)為真，程序轉(zhuǎn)到標(biāo)識(shí)符指定的行去執(zhí)行，否則接著下一行執(zhí)行。關(guān)系表達(dá)式有EQ(等于)、NE(不等于)、LT(小于)、GT(大于)、LE(小于或等于)及GE(大于或等于)。

　　5)開(kāi)關(guān)量賦值指令

　　指令包括SPEED、COARSE、FINE、NONULL、NULL、INTOFF及INTON。

　　6)其他指令

　　其他指令包括REMARK及TYPE。

　　SIGLA語(yǔ)言

　　SIGLA是一種僅用于直角坐標(biāo)式SIGMA裝配型機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的一種編程語(yǔ)言，是20世紀(jì)70年代后期由意大利Olivetti公司研制的一種簡(jiǎn)單的非文本語(yǔ)言。

　　這種語(yǔ)言主要用于裝配任務(wù)的控制，它可以把裝配任務(wù)劃分為一些裝配子任務(wù)，如取旋具，在螺釘上料器上取螺釘A，搬運(yùn)螺釘A，定位螺釘A，裝入螺釘A，緊固螺釘?shù)?。編程時(shí)預(yù)先編制子程序，然后用子程序調(diào)用的方式來(lái)完成。

　　IML語(yǔ)言

　　IML也是一種著眼于末端執(zhí)行器的動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言，由日本九州大學(xué)開(kāi)發(fā)而成。IML語(yǔ)言的特點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，能人機(jī)對(duì)話，適合于現(xiàn)場(chǎng)操作，許多復(fù)雜動(dòng)作可由簡(jiǎn)單的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，易被操作者掌握。

　　IML用直角坐標(biāo)系描述機(jī)器人和目標(biāo)物的位置和姿態(tài)。坐標(biāo)系分兩種，一種是機(jī)座坐標(biāo)系，一種是固連在機(jī)器人作業(yè)空間上的工作坐標(biāo)系。語(yǔ)言以指令形式編程，可以表示機(jī)器人的工作點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)軌跡、目標(biāo)物的位置及姿態(tài)等信息，從而可以直接編程。往返作業(yè)可不用循環(huán)語(yǔ)句描述，示教的軌跡能定義成指令插到語(yǔ)句中，還能完成某些力的施加。

　　IML語(yǔ)言的主要指令有：運(yùn)動(dòng)指令MOVE、速度指令SPEED、停止指令STOP、手指開(kāi)合指令OPEN及CLOSE、坐標(biāo)系定義指令COORD、軌跡定義命令TRAJ、位置定義命令HERE、程序控制指令I(lǐng)F…THEN、FOREACH語(yǔ)句、CASE語(yǔ)句及DEFINE等。

　　AL語(yǔ)言

　　一、AL語(yǔ)言概述

　　AL語(yǔ)言是20世紀(jì)70年代中期美國(guó)斯坦福大學(xué)人工智能研究所開(kāi)發(fā)研制的一種機(jī)器人語(yǔ)言，它是在WAVE的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，也是一種動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言，但兼有對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言的某些特征，使用于裝配作業(yè)。它的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)類似于PASCAL語(yǔ)言，可以編譯成機(jī)器語(yǔ)言在實(shí)時(shí)控制機(jī)上運(yùn)行，具有實(shí)時(shí)編譯語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)和特征，如可以同步操作、條件操作等。AL語(yǔ)言設(shè)計(jì)的原始目的是用于具有傳感器信息反饋的多臺(tái)機(jī)器人或機(jī)械手的并行或協(xié)調(diào)控制編程。

　　運(yùn)行VA語(yǔ)言的系統(tǒng)硬件環(huán)境包括主、從兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制，如圖所示。主機(jī)為PDP-10，主機(jī)內(nèi)的管理器負(fù)責(zé)管理協(xié)調(diào)各部分的工作，編譯器負(fù)責(zé)對(duì)AL語(yǔ)言的指令進(jìn)行編譯并檢查程序，實(shí)時(shí)接口負(fù)責(zé)主、從機(jī)之間的接口連接，裝載器負(fù)責(zé)分配程序。從機(jī)為PDP-11/45。

　　主機(jī)的功能是對(duì)AL語(yǔ)言進(jìn)行編譯，對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行規(guī)劃；從機(jī)接受主機(jī)發(fā)出的動(dòng)作規(guī)劃命令，進(jìn)行軌跡及關(guān)節(jié)參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算，最后對(duì)機(jī)器人發(fā)出具體的動(dòng)作指令。

　　二、AL語(yǔ)言的編程格式

　　(1)程序BEGIN開(kāi)始，由END結(jié)束。

　　(2)語(yǔ)句與語(yǔ)句之間用分號(hào)隔開(kāi)。

　　(3)變量先定義說(shuō)明其類型，后使用。變量名以英文字母開(kāi)頭，由字母、數(shù)字和下畫線組成，字母大、小寫不分。

　　圖AL語(yǔ)言運(yùn)行的硬件環(huán)境

　　(4)程序的注釋用大括號(hào)括起來(lái)。

　　(5)變量賦值語(yǔ)句中如所賦的內(nèi)容為表達(dá)式，則先計(jì)算表達(dá)式的值，再把該值賦給等式左邊的變量。

　　三、AL語(yǔ)言中數(shù)據(jù)的類型

　　(1)標(biāo)量(scalar)——可以是時(shí)間、距離、角度及力等，可以進(jìn)行加、減、乘、除和指數(shù)運(yùn)算，也可以進(jìn)行三角函數(shù)、自然對(duì)數(shù)和指數(shù)換算。

　　(2)向量(vector)——與數(shù)學(xué)中的向量類似，可以由若干個(gè)量綱相同的標(biāo)量來(lái)構(gòu)造一個(gè)向量。

　　(3)旋轉(zhuǎn)(rot)——用來(lái)描述一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)或繞某個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)以表示姿態(tài)。用ROT變量表示旋轉(zhuǎn)變量時(shí)帶有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)代表旋轉(zhuǎn)軸的簡(jiǎn)單矢量，另一個(gè)表示旋轉(zhuǎn)角度。

　　(4)坐標(biāo)系(frame)——用來(lái)建立坐標(biāo)系，變量的值表示物體固連坐標(biāo)系與空間作業(yè)的參考坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置與姿態(tài)。

　　(5)變換(trans)——用來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)變換，具有旋轉(zhuǎn)和向量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，執(zhí)行時(shí)先旋轉(zhuǎn)再平移。

　　四、AL語(yǔ)言的語(yǔ)句介紹

　　1．MOVE語(yǔ)句

　　用來(lái)描述機(jī)器人手爪的運(yùn)動(dòng)，如手爪從一個(gè)位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位置。MOVE語(yǔ)句的格式為

　　MOVE<HAND>TO<目的地>

　　2．手爪控制語(yǔ)句

　　OPEN：手爪打開(kāi)語(yǔ)句。

　　CLOSE：手爪閉合語(yǔ)句。

　　語(yǔ)句的格式為

　　OPEN<HAND>TO<SVAL>

　　CLOSE<HAND>TO<SVAL>

　　其中SVAL為開(kāi)度距離值，在程序中已預(yù)先指定。

　　3．控制語(yǔ)句

　　與PASCAL語(yǔ)言類似，控制語(yǔ)句有下面幾種：

　　IF<條件>THEN<語(yǔ)句>ELSE<語(yǔ)句>

　　WHILE<條件>DO<語(yǔ)句>

　　CASE<語(yǔ)句>

　　DO<語(yǔ)句>UNTIL<條件>

　　FOR…STEP…UNTIL…

　　4．AFFIX和UNFIX語(yǔ)句

　　在裝配過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)將一個(gè)物體粘到另一個(gè)物體上或一個(gè)物體從另一個(gè)物體上剝離的操作。語(yǔ)句AFFIX為兩物體結(jié)合的操作，語(yǔ)句AFFIX為兩物體分離的操作。

　　例如：BEAM_BORE和BEAM分別為兩個(gè)坐標(biāo)系，執(zhí)行語(yǔ)句

　　AFFIXBEAM_BORETOBEAM

　　后兩個(gè)坐標(biāo)系就附著在一起了，即一個(gè)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)也將引起另一個(gè)坐標(biāo)系的同樣運(yùn)動(dòng)。然后執(zhí)行下面的語(yǔ)句

　　UNFIXBEAM_BOREFROMBEAM

　　兩坐標(biāo)系的附著關(guān)系被解除。

　　5．力覺(jué)的處理

　　在MOVE語(yǔ)句中使用條件監(jiān)控子語(yǔ)句可實(shí)現(xiàn)使用傳感器信息來(lái)完成一定的動(dòng)作。

　　監(jiān)控子語(yǔ)句如：

　　ON<條件>DO<動(dòng)作>

　　例如：

　　MOVEBARMTO⊕-0.1*INCHESONFORCE(Z)>10*OUNCESDOSTOP

　　表示在當(dāng)前位置沿Z軸向下移動(dòng)0.1英寸，如果感覺(jué)Z軸方向的力超過(guò)10盎司，則立即命令機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。