1.3.6 机器人的编程方式

机器人的控制方式无非是远程控制、编程控制与人工控制，按这种控制方式分类，机器人包括操作型机器人、程控型机器人、示教再现型机器人、数控型机器人、感觉控制型机器人、适应控制型机器人、学习控制型机器人、智能机器人等。

目前，一般的机器人的主要控制方式和编程方式有顺序控制、示教编程、离线编程、语言编程等几种形式。

1．顺序控制形式

顺序控制形式主要用于程控型机器人，即按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作，所以又叫物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关，实现起动、停车的程序操作，只能用于简单的拾起和放置作业。

在顺序控制的机器人中，所有的控制都是由机械的或电气的顺序控制器实现的。按照我们的定义，这里没有程序设计的要求，因此，也就不存在编程方式。

顺序控制的灵活性小，这是因为所有的工作过程都已事先组织好，或由机械挡块及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．示教编程

示教编程又叫在线编程或示教再现编程，用于示教再现型机器人中，它是目前大多数工业机器人的编程方式，在机器人作业现场进行。所谓示教编程，即操作者根据机器人作业的需要把机器人末端执行器送到目标位置，且处于相应的姿态，然后把这一位置、姿态所对应的关节角度信息记录到存储器保存。对机器人作业空间的各点重复以上操作，就把整个作业过程记录下来，再通过适当的软件系统，自动生成整个作业过程的程序代码，这个过程就是示教过程。

机器人示教后可以立即应用，在再现时，机器人重复示教时存入存储器的轨迹和各种操作，如果需要，过程可以重复多次。机器人实际作业时，再现示教的作业操作步骤就能完成预定工作。机器人示教产生的程序代码与机器人编程语言的程序指令形式非常类似。

示教编程的优点：操作简单，不需要环境模型；易于掌握，操作者不需要具备专门知识，不需复杂的装置和设备，轨迹修改方便，再现过程快。对实际的机器人进行示教时，可以修正机械结构带来的误差。

示教编程的缺点：功能编辑比较困难，难以使用传感器，难以表现条件分支，对实际的机器人进行示教时，要占用机器人。

示教编程在一些简单、重复轨迹或定位精度要求不高的作业中经常被应用，如焊接、堆垛、喷涂及搬运等作业。

这种通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式，包括直接示教（即手把手示教）和示教盒示教。

（1）直接示教

直接示教就是操作者操纵安装在机器人手臂内的操纵杆，按规定动作顺序示教动作内容。

直接示教主要用于示教再现型机器人，通过引导或其他方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。

直接示教是一项成熟的技术，易于被熟悉工作任务的人员所掌握，而且用简单的设备和控制装置即可进行。示教过程进行得很快，示教过后，马上即可应用。在对机器人进行示教时，机器人控制系统存入存储器的轨迹和各种操作。如果需要，过程还可以重复多次。在某些系统中，还可以用与示教时不同的速度再现。

如果能够从一个运输装置获得使机器人的操作与搬运装置同步的信号，就可以用示教的方法来解决机器人与搬运装置配合的问题。

直接示教方式编程也有一些缺点：

1）只能在人所能达到的速度下工作；

2）难与传感器的信息相配合；

3）不能用于某些危险的情况；

4）在操作大型机器人时，这种方法不实用；

5）难获得高速度和直线运动；

6）难与其他操作同步。

使用示教盒示教可以克服其中的一部分缺点。

（2）示教盒示教

示教盒示教则是操作者利用示教控制盒上的按钮驱动机器人一步一步运动。

示教盒示教主要用于数控型机器人，不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，利用装在控制盒上的按钮可以驱动机器人按需要的顺序进行操作。机器人根据示教后形成的程序进行作业。

在示教盒中，每一个关节都有一对按钮，分别控制该关节在两个方向上的运动。有时还提供附加的最大允许速度控制。虽然为了获得最高的运行效率，人们希望机器人能实现多关节合成运动，但在用示教盒示教的方式下，却难以同时移动多个关节。游戏机上的游戏杆虽可用来提供在几个方向上的关节速度，但它也有缺点。这种游戏杆通过移动控制盒中的编码器或电位器来控制各关节的速度和方向，但难以实现精确控制。

示教盒示教编程的缺点如下。

1）示教相对于再现所需的时间较长，即机器人的有效工作时间短，尤其对一些复杂的动作和轨迹，示教时间远远超过再现时间。

2）很难示教复杂的运动轨迹及准确度要求高的直线。

3）示教轨迹的重复性差，两个不同的操作者示教不出同一个轨迹，即使同一个人两次不同的示教也不能产生同一个轨迹。

4）无法接受传感器信息。

5）难以与其他操作或其他机器人操作同步。

6）示教盒一般用于对大型机器人或危险作业条件下的机器人示教。但这种方法仍然难以获得高的控制精度，也难以与其他设备同步和与传感器信息相配合。

3．离线编程

离线编程和预编程的含意相同。它是指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。离线编程克服了示教编程的许多缺点，充分利用了计算机的功能。

离线编程主要用于操作型机器人，能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。

离线编程是在专门的软件环境支持下用专用或通用程序在离线情况下进行机器人轨迹规划编程的一种方法。离线编程程序通过支持软件的解释或编译产生目标程序代码，最后生成机器人路径规划数据。一些离线编程系统带有仿真功能，这使得在编程时就解决了障碍干涉和路径优化问题。这种编程方法与数控机床中编制数控加工程序非常类似。离线编程的发展方向是自动编程。