工业机器人编程语言及离线编程软件的应用研究

刘 娜

（抚顺矿务局职工工学院 辽宁 抚顺 113000）

1 IML语言

IML语言是由日本九州大学开发，并应用于工业控制中的一种高级语言，特点是程序可读性高、可移植性高、通用性好，尤其是一些特别复杂的非线性动作都可以用简单的语法或指令来完成，对于初学者来讲，简单、易学、好掌握。IML语言使用的坐标系分为两种，一种是以机器人底座的中心为坐标原点建立的直角坐标系，以底座的转动来描述机器人的位置。另一种是以机器人手爪的中心为坐标原点，利用手爪的移动距离来描述机器人的位置和工件距离。通过一些指令，如MOVE、SPEED、STOP、OPEN、CLOSE等指令来编制程序，用来描述机器人的初始状态、移动点、临界点、接近点、作用点、规避点、原点等，利用这些点的坐标来参考加工物件的距离，以及采用什么样的轨迹去接近目标物。

IML语言的编制是通过一系列的基本程序来实现的，例如机器人在示教寻找机器人运行轨迹，手动移动机器人手臂从原点出发接近目标物，一般处于目标物的上方（以焊接机器人为例），降低速度垂直向下移动使焊枪慢慢靠近焊接点，但不能完全接触；焊枪从接触点开始焊接，不管是直线焊接，还是圆弧焊接，到达终止点；结束后，焊枪慢慢垂直向上移动，到达临界点；从临界点回到原点；这四个不同的动作是由四个不同的基本程序来实现，综合为一个完整的程序。整个程序的实现大体可归纳为五个步骤：运算能力，是工业机器人控制系统的核心能力之一，主要是通过传感器来分析和计算工业机器人和目标工件之间的距离和行进轨迹，一般是几何运算。决策能力，将运算能力的结果反馈给控制系统，决定下一步如何进行加工，一般是寻求最短的加工路径和最短的加工时间。通讯能力，主要是操作者和机器人之间的人机交互，一方面是机器人根据操作者输入的指令来进行操作，另一方面就是操作者知道机器人下一步干什么，怎么干，一旦出现错误或误操作，操作者可以及时的命令机器人停止工作，返回原点。执行能力，主要是机器人的动作，就像一个人的手臂，完成一个动作有很多种方法，机器人也是一样，最常用的就是给伺服系统提供关节的位姿，伺服系统就会带动关节到达指定的位置，一个动作完成后，下一个伺服系统就会给下一个关节位姿，……，最直接的方法就是建立直角坐标系，让机器人手臂在直角坐标系下完成整个轨迹的平滑运动。传感器，一般是和计算机连接起来使用，传感器的精度直接影响到机器人手臂移动的准确度，同时也受机器人精度、力矩、接近的角度、障碍物的距离等的影响。

2 离线编程软件

说到离线编程软件，不得不提手动示教。手动示教是通过机器人自带的示教器来实现的，示教器通过通讯电缆和控制器相连，操作者通过示教器中的命令来直接控制机器人的动作，选择合理的速度。同时，示教器的屏幕反映机器人的动作关节、速度、主要参数，能修改的为深蓝式字条，不能修改的为浅蓝式的字条。可以说，手动示教是离线编程的基础。

机器人发明至今，示教编程一直是主要的程序编制方法，随着工业信息化的不断发展，示教编程的缺点不断成为工业加工领域的阻碍性因素。示教编程的特点是在示教的过程中，机器人必须脱离生产线来模拟工作过程，那么一系列的相关设备必须停止工作，牺牲了不少时间。再者，对于一些简单的工艺过程，操作者可以通过经验或简单的运算就可以编制运行轨迹，但是复杂的工艺要求，操作者就不可能及时的编制机器人运行轨迹。为了弥补这种工艺上的不足，产生了离线编程软件，但是离线编程软件和手动示教不是从属关系，两者相辅相成，更不是人们所说的替代品。手动示教和离线编程软件都有其适用范围，如简单零件的加工就用手动示教，这样可以节省时间，规避很多不需要的动作；复杂零件的加工，就使用离线编程软件，在编制程序的过程中，不断的修正，不断的模拟，使机器人的运行轨迹不断的和实际加工相吻合。

国内外离线编程软件种类繁多，大体可分为通用型和专用型两种。通用型编程软件可以共享，在不同厂家、不同型号的机器人上都可以使用，一般是机器人生产厂家和软件公司联合研发的一种适用于不用型号机器人的软件。优点是不分机器人的厂家、不分机器人的类型；缺点是针对具体品牌机器人来讲，执行力不足，精度不高，对于复杂的加工动作来讲，适用性不高。专用型离线编程软件具体针对某一种机器人而研发的软件，一般是机器人生产厂家自己的研发团队开发的，具有垄断性。因为这样的软件针对具体机器人参数设计研发，兼容性更好，执行力更强，有较好的通讯能力和人机交互能力，但缺点是价位高，不可以共享，买一台机器人就买一套编程软件，这样成本较高，适合于大型企业的生产线或外资企业的流水线生产。对于科研机构或教学行业，通用型编程软件比较适合，成本较低，可移植性高，学习方便，利用率高。

（1）通用型编程软件：RobotMaster是加拿大一家软件公司开发，在同类中比较好的离线编程软件，其集成了编程、模拟、源代码的生成、可移植性的动能，只要操作者设定好路径，离线编程软件自动完成程序的编制，方便而且节省时间。对于汽车领域来讲，非常适合，常用于汽车钣金、喷漆、焊接等方面，缺点是只能单一进行仿真，对于多台机器人协同合作，存在弊端，不能同时仿真，这能单一进行，最后综合，使用不方便。还有RobotWorks、RobotMove等通用型编程软件。

（2）专用型离线编程软件：RobotStudio软件是ABB机器人专用的离线编程软件；RobotGuide软件是Fanuc机器人专用的离线编程软件；KUKASim软件是KUKA公司机器人专用的离线编程软件；等等。这些软件是由本公司或委托软件公司开发的，针对具体的品牌参数，具有很强的执行力，具有强大的功能，同时保证机器人系统的精度和稳定性，对于机器人本体和控制器、示教器的通讯也是不错的。

3 结语

手动示教编程和离线编程软件相辅相成，都有各自的优缺点和使用范围。那么通用型编程软件和专用型编程软件同样具有优点和弊端，在选择上，科研机构、教育行业通用型编程软件比较适合；工业控制中，尤其是精度较高的领域，选择专用型编程软件。总之，不管是手动示教还是离线编程软件的使用，都是归结为机器人运动轨迹程序的设计，而不是轨迹程序的生成。离线编程软件是机器人运行轨迹设计的工具，在模拟仿真中带来了很多便利，具体在实际中能否实现等量的价值，还需要通过实践检验。

[1]熊有伦.机器人技术基础.华中理工大学出版社，1992.

[2]张福学.机器人技术及其应用.电子工业出版杜，2000.

[3]付宜利，赵春霞.机器人离线编程技术与系统.组台机床与自动化加工技术.1995.1.