机器人编程系统及方法优化方案

机器人编程是机器人运动和控制问题的结合点，也是机器人系统最关键的问题之一。当前实用的工业机器人常为离线编程或示教，在调试阶段可以通过示教控制盒对编译好的程序一步一步地执行，调试成功后可投入正式运行。机器人语言系统如图4-53所示。

图4-53 机器人语言系统

机器人语言操作系统包括3个基本的操作状态：监控状态、编辑状态、执行状态。

（1）监控状态 用来进行整个系统的监督控制。在监控状态，操作者可以用示教盒定义机器人在空间中的位置，设置机器人的运动速度、存储和调出程序等。

（2）编辑状态 提供操作者编制程序或编辑程序。尽管不同语言的编辑操作不同，但一般都包括写入指令、修改或删去指令以及插入指令等。

（3）执行状态 用来执行机器人程序。在执行状态，机器人执行程序的每一条指令。所执行的程序都是经调试过的，不允许执行有错误的程序。

和计算机编程语言类似，机器人语言程序可以编译。把机器人源程序转换成机器码，以便机器人控制柜能直接读取和执行，编译后的程序运行速度将大大加快。

根据机器人不同的工作要求，需要不同的编程。编程能力与编程方式有很大的关系，编程方式决定着机器人的适应性和作业能力。随着计算机在工业上的广泛应用，工业机器人的计算机编程变得日益重要。国内外尚未制定统一的机器人控制代码标准，所以编程语言也是多种多样的，目前工业机器人的编程方式有以下几种。

1.顺序控制的编程

在顺序控制的机器中，所有的控制都是由机械的或者电气的顺序控制器来实现，一般没有程序设计的要求。顺序控制的灵活性小，这是因为所有的工作过程都已编好，由机械挡块，或其他确定的办法所控制。大量的自动机都是在顺序控制下操作的，这种方法的主要优点是成本低、易于控制和操作。

2.示教方式编程

目前，大多数工业机器人都具有采用示教方式来编程的功能。示教方式编程一般可分为手把手示教编程和示教盒示教编程两种方式。

（1）手把手示教编程 手把手示教编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求实现连续轨迹控制的工业机器人示教编程中。具体的方法是人工利用示教手柄引导末端执行器经过所要求的位置，同时由传感器检测出工业机器人各关节处的坐标值，并由控制系统记录、存储下这些数据信息。实际工作中，工业机器人的控制系统会重复再现示教过的轨迹和操作技能。

手把手示教编程也能实现点位控制，与CP控制不同的是它只记录各轨迹程序移动的两端点位置，轨迹的运动速度则按各轨迹程序段对应的功能数据输入。(www.xing528.com)

（2）示教盒示教编程 示教盒示教编程方式是人工利用示教盒上所具有的各种功能的按钮来驱动工业机器人的各关节轴，按作业所需要的顺序单轴运动或多关节协调运动，从而完成位置和功能的示教编程。示教盒示教一般用于大型机器人或危险条件作业下的机器人示教。

示教盒通常是一个带有微处理器的、可随意移动的小键盘，内部ROM中固化有键盘扫描和分析程序。其功能键一般具有回零、示教方式、自动方式和参数方式等。

示教编程控制由于具有编程方便、装置简单等优点，在工业机器人的初期得到较多的应用。但是，由于功能编辑比较困难、难使用传感器、难以表现沿轨迹运动时的条件分支、缺乏记录动作的文件和资料、难以积累有关的信息资源、对实际的机器人进行示教时要占用机器人、示教人员要熟练等缺点的限制，促使人们又开发了许多新的控制方式和装置，以使工业机器人能更好更快地完成作业任务。

3.脱机编程或预编程

脱机编程和预编程的含义相同，它是指用机器人程序语言预先用示教的方法编程。脱机编程有以下几个方面的优点：

1）编程时可以不使用机器人，可腾出机器人去做其他工作。

2）可预先优化操作方案和运行周期。

3）以前完成的过程或子程序可结合到待编的程序中去。

4）可用传感器探测外部信息，从而使机器人作出相应的响应。这种响应使机器人可以在自适应的方式下工作。

5）控制功能中，可以包含现有的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的信息。

6）可以用预先运行程序来模拟实际运动，从而不会出现危险，以在屏幕上模拟机器人运动来辅助编程。

7）对不同的工作目的，只需替换一部分待定的程序。

在非自适应系统中，没有外界环境的反馈，仅有的输入是各关节传感器的测量值，从而可以使用简单的程序设计手段。