伴隨著機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人語言也得到了發(fā)展和完善，機(jī)器人語言已經(jīng)成為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。機(jī)器人的功能除了依靠機(jī)器人的硬件支撐以外，相當(dāng)一部分是靠機(jī)器人語言來完成的。早期的機(jī)器人由于功能單一，動作簡單，可采用固定程序或者示教方式來控制機(jī)器人的運(yùn)動。隨著機(jī)器人作業(yè)動作的多樣化和作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜化，依靠固定的程序或示教方式已經(jīng)滿足不了要求，必須依靠能適應(yīng)作業(yè)和環(huán)境隨時(shí)變化的機(jī)器人語言編程來完成機(jī)器人工作。下面就來了解一下常見的機(jī)器人編程語言吧！
VAL語言
一、VAL語言及特點(diǎn)
VAL語言是美國Unimation公司于1979年推出的一種機(jī)器人編程語言，主要配置在PUMA和UNIMATION等型機(jī)器人上，是一種專用的動作類描述語言。VAL語言是在BASIC語言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以與BASIC語言的結(jié)構(gòu)很相似。在VAL的基礎(chǔ)上Unimation公司推出了VALⅡ語言。
VAL語言可應(yīng)用于上下兩級計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人系統(tǒng)。上位機(jī)為LSI-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。編程時(shí)可以VAL語言和6503匯編語言混合編程。
VAL語言命令簡單、清晰易懂，描述機(jī)器人作業(yè)動作及與上位機(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)動的連續(xù)軌跡，能連續(xù)生成機(jī)器人的控制信號，可以與操作者交互地在線修改程序和生成程序；VAL語言包含有一些子程序庫，通過調(diào)用各種不同的子程序可很快組合成復(fù)雜操作控制；能與外部存儲器進(jìn)行快速數(shù)據(jù)傳輸以保存程序和數(shù)據(jù)。
VAL語言系統(tǒng)包括文本編輯、系統(tǒng)命令和編程語言三個(gè)部分。
在文本編輯狀態(tài)下可以通過鍵盤輸入文本程序，也可通過示教盒在示教方式下輸入程序。在輸入過程中可修改、編輯、生成程序，最后保存到存儲器中。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、系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)置和控制、系統(tǒng)開關(guān)控制、系統(tǒng)診斷和修改。
編程語言把一條條程序語句轉(zhuǎn)換執(zhí)行。
二、VAL語言的指令
VAL語言包括監(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：此指令的功能是對工具終端相對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。其格式為
EDIT[<程序名>]，[<行號>]
如果沒有指定行號，則從程序的第一行開始編輯；如果沒有指定程序名，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)存儲指定的程序。
STOREL指令：此指令存儲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：用來顯示用戶程序的狀態(tài)。
FREE指令：用來顯示當(dāng)前未使用的存儲容量。
ENABL指令：用于開、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)動到另一個(gè)位姿的功能，部分指令表示機(jī)器人手爪的開合。例如：
MOVE#PICK！
表示機(jī)器人由關(guān)節(jié)插值運(yùn)動到精確PICK所定義的位置。“！”表示位置變量已有自己的值。
MOVET<位置>，<手開度>
功能是生成關(guān)節(jié)插值運(yùn)動使機(jī)器人到達(dá)位置變量所給定的位姿，運(yùn)動中若手為伺服控制，則手由閉合改變到手開度變量給定的值。
又例如：
OPEN[<手開度>]
表示使機(jī)器人手爪打開到指定的開度。
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)動控制時(shí)的一種編程語言，是20世紀(jì)70年代后期由意大利Olivetti公司研制的一種簡單的非文本語言。
這種語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)用的方式來完成。
IML語言
IML也是一種著眼于末端執(zhí)行器的動作級語言，由日本九州大學(xué)開發(fā)而成。IML語言的特點(diǎn)是編程簡單，能人機(jī)對話，適合于現(xiàn)場操作，許多復(fù)雜動作可由簡單的指令來實(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。語言以指令形式編程，可以表示機(jī)器人的工作點(diǎn)、運(yùn)動軌跡、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)語句描述，示教的軌跡能定義成指令插到語句中，還能完成某些力的施加。
IML語言的主要指令有：運(yùn)動指令MOVE、速度指令SPEED、停止指令STOP、手指開合指令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語句、CASE語句及DEFINE等。
AL語言
一、AL語言概述
AL語言是20世紀(jì)70年代中期美國斯坦福大學(xué)人工智能研究所開發(fā)研制的一種機(jī)器人語言，它是在WAVE的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，也是一種動作級編程語言，但兼有對象級編程語言的某些特征，使用于裝配作業(yè)。它的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)類似于PASCAL語言，可以編譯成機(jī)器語言在實(shí)時(shí)控制機(jī)上運(yùn)行，具有實(shí)時(shí)編譯語言的結(jié)構(gòu)和特征，如可以同步操作、條件操作等。AL語言設(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語言的系統(tǒng)硬件環(huán)境包括主、從兩級計(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AL語言的指令進(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AL語言進(jìn)行編譯，對機(jī)器人的動作進(jìn)行規(guī)劃；從機(jī)接受主機(jī)發(fā)出的動作規(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，最后對機(jī)器人發(fā)出具體的動作指令。
二、AL語言的編程格式
(1)程序BEGIN開始，由END結(jié)束。
(2)語句與語句之間用分號隔開。
(3)變量先定義說明其類型，后使用。變量名以英文字母開頭，由字母、數(shù)字和下畫線組成，字母大、小寫不分。
(4)程序的注釋用大括號括起來。
(5)變量賦值語句中如所賦的內(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)量來構(gòu)造一個(gè)向量。
(3)旋轉(zhuǎn)(rot)——用來描述一個(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)軸的簡單矢量，另一個(gè)表示旋轉(zhuǎn)角度。
(4)坐標(biāo)系(frame)——用來建立坐標(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)系之間的相對位置與姿態(tài)。
(5)變換(trans)——用來進(jìn)行坐標(biāo)變換，具有旋轉(zhuǎn)和向量兩個(gè)參數(shù)，執(zhí)行時(shí)先旋轉(zhuǎn)再平移。
四、AL語言的語句介紹
1．MOVE語句
用來描述機(jī)器人手爪的運(yùn)動，如手爪從一個(gè)位置運(yùn)動到另一個(gè)位置。MOVE語句的格式為
MOVE<HAND>TO<目的地>
2．手爪控制語句
OPEN：手爪打開語句。
CLOSE：手爪閉合語句。
語句的格式為
OPEN<HAND>TO<SVAL>
CLOSE<HAND>TO<SVAL>
其中SVAL為開度距離值，在程序中已預(yù)先指定。
3．控制語句
與PASCAL語言類似，控制語句有下面幾種：
IF<條件>THEN<語句>ELSE<語句>
WHILE<條件>DO<語句>
CASE<語句>
DO<語句>UNTIL<條件>
FOR…STEP…UNTIL…
4．AFFIX和UNFIX語句
在裝配過程中經(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。語句AFFIX為兩物體結(jié)合的操作，語句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)動也將引起另一個(gè)坐標(biāo)系的同樣運(yùn)動。然后執(zhí)行下面的語句
UNFIXBEAM_BOREFROMBEAM
兩坐標(biāo)系的附著關(guān)系被解除。
5．力覺的處理
在MOVE語句中使用條件監(jiān)控子語句可實(shí)現(xiàn)使用傳感器信息來完成一定的動作。
監(jiān)控子語句如：
ON<條件>DO<動作>
例如：
MOVEBARMTO⊕-0.1*INCHESONFORCE(Z)>10*OUNCESDOSTOP
表示在當(dāng)前位置沿Z軸向下移動0.1英寸，如果感覺Z軸方向的力超過10盎司，則立即命令機(jī)械手停止運(yùn)動。
(審核編輯: 小王子)
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