專利名稱：工業機器人離線編程系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機器人技術領域的系統，特別是一種工業機器人離線編程系統。
背景技術：
在工業機器人的使用中，目前一般仍采用示教編程的方法，即手動控制機器人沿所需軌跡運動，同時記錄運動軌跡。示教編程一方面較為繁瑣，另一方面往往還需要先有樣品才能示教。而現在隨著CAD、CAM技術的發展，機器人工作軌跡可以從電子圖紙中直接獲得，效率更高的離線編程模式成為必然。
目前國內應用最多的日本安川公司的MOTOMAN機器人(莫托曼機器人)，使用INFORMII語言(一種專用的機器人動作編程語言)作為編程語言。原理上說，使用普通的文本編輯器也可以實現離線編程，但是這種方法及其繁瑣，既不直觀，又沒有相應的校驗手段，只有非常熟練的專業技術人員才能使用，且編程效率低下。同時INFORMII語言專業化程度高，用途不廣，掌握這項技能的專業技術人員極少。易學易用的編程工具是目前市場所急需的。國外生產廠商雖然也開發了相應的編程軟件，但價格昂貴，限制了它的推廣使用。
G代碼實現工業機器人編程的思想是2003年提出的，在工業數控領域，G代碼的使用非常廣泛，各類型數控機床絕大部分均可使用G代碼編程，相關專業的技術人員均能熟練掌握。G代碼用于描述設備的運動軌跡簡潔明了，非常方便。更重要的是絕大多數的數控編程系統都支持G代碼輸出，使用G代碼進行工業機器人編程可以利用各類通用的數控編程系統實現工業機器人自動編程。
經對現有技術的文獻檢索發現，日本發那科株式會社申請的中國發明專利(申請號200510088687.X)提出一種加工程序生成裝置，該發明所描述的系統包括有一種離線編程裝置，視覺傳感器，以及機器人控制裝置，通信線等。其中的離線編程裝置保存并表示用CAD生成的要加工的工件的形狀，指定工件形狀的頂點、棱線端點作為示教點，生成加工路徑，從而生成加工程序。并通過利用視覺傳感器攝像的實際工件的位置姿勢修正加工程序。該方法相當于將示教方法用圖形仿真的方式來實現。結合其上下文，該方法適用于特定的CAD工具和特定的工業機器人，其編程方式(運動軌跡指定方式)比較簡單，且自成體系，通用性不足，與其他CAD、CAM系統的兼容性還有待改進。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中之不足，提供一種易學易用、成本較低的MOTOMAN機器人離線編程系統，使其可達到對MOTOMAN機器人實現離線編程的目的，并且具有精確和快速、功能簡潔、成本低廉的特點，容易為一般用戶接受。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括文本編輯與代碼轉換模塊、圖形化校驗模塊、通信與遠程控制模塊。其中所述文本編輯和代碼轉換模塊，實現由通用的G代碼數控程序到MOTOMAN機器人用的INFORMII代碼工作程序的轉換，通過語法分析對G代碼程序進行編譯，生成包含有運動控制信息的中間數據，再依照INFORMII編程語言的語法要求，將中間數據翻譯為MOTOMAN機器人工作程序(INFORMII語言)的控制命令和位形數據，同時根據參數設定情況補充MOTOMAN機器人工作程序中的其他信息，生成完整的MOTOMAN機器人工作文件，實現MOTOMAN機器人離線編程作業；所述圖形化校驗模塊，針對文本編輯和代碼轉換模塊所生成的MOTOMAN機器人工作文件，以三維動畫形式實現其運動軌跡的仿真和校驗，通過語法分析對使用INFORMII編寫的MOTOMAN機器人工作程序進行編譯，生成中間數據，依據中間數據在三維界面上以動畫形式展示MOTOMAN機器人工作過程，由編程者判斷程序中的運動錯誤以及其工藝的合理性等；所述通信和遠程控制模塊，實現與MOTOMAN機器人遠程通信和遠程控制，通過對MOTOMAN機器人通信協議的分析，將代碼編輯與轉換模塊和圖形化校驗模塊處理后的文件與MOTOMAN機器人進行通信，實現工作程序的上傳下載以及遠程控制操作。
所述文本編輯與代碼轉換模塊，由一個G代碼編輯子模塊、一個INFORMII代碼編輯子模塊、第一代碼轉換子模塊、第二代碼轉換子模塊和一個參數輸入界面構成。其中G代碼編輯子模塊和INFORMII代碼編輯子模塊用于分別打開和編輯G代碼文檔和INFORMII代碼文檔。第一代碼轉換子模塊接受來自G代碼編輯子模塊的信息，對G代碼編輯子模塊中打開的當前文檔進行編譯，生成中間數據。用戶由參數輸入界面手工輸入G代碼文件中所沒有包含的信息，如MOTOMAN機器人坐標系，MOTOMAN機器人使用的工具等等。第二代碼轉換子模塊接受來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，對其進行反編譯，同時增加用戶通過參數輸入界面輸入的信息，生成INFORMI I代碼文檔，并送往INFORMII代碼編輯子模塊中進行顯示和手工編輯。此外，對于特別復雜的加工軌跡，MOTOMAN機器人工作程序(INFORMI I代碼文檔)的數據量可能大于MOTOMAN機器人控制器的限制，在這種情況下第二代碼轉換子模塊可以分析來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，找到可停頓的運動指令，在這些停頓點將超大程序分割為若干子程序。
所述圖形化校驗模塊，由第三代碼轉換子模塊和一個圖形仿真子模塊構成。第三代碼轉換子模塊對INFORMII代碼編輯子模塊中打開的當前文檔進行編譯(該文檔即前述文本編輯與代碼轉換模塊的最終輸出)，生成中間數據，該過程相當于第二代碼轉換子模塊的逆過程。圖形仿真子模塊根據第三代碼轉換子模塊輸出的中間數據模擬MOTOMAN機器人運動過程，以三維動畫的形式顯示MOTOMAN機器人末端執行器的運動。該圖形仿真子模塊具有圖形縮放，多視角顯示，時間比例因子可調等功能。用戶主要根據圖形仿真過程判斷MOTOMAN機器人運動的正確性和工藝的合理性等，同時圖形仿真子模塊可以對運動超界、速度超限等明顯錯誤提出警告。
所述通信與遠程控制模塊，由一個通信驅動子模塊、一組操作界面和一個文件分割子模塊構成。其中通信驅動子模塊用于與MOTOMAN機器人進行遠程通信和遠程控制，包括RS232C串行通信和以太網絡通信兩種驅動方式，能夠依照MOTOMAN機器人的通信協議與之進行通信應答。根據MOTOMAN機器人所具有的遠程控制功能，設計了一組操作界面用于遠程控制主要有文件和參數的上傳與下載，遠程讀取MOTOMAN機器人各項狀態，手動控制MOTOMAN機器人運動，啟動MOTOMAN機器人工作程序等。通信與遠程控制模塊可以作為獨立的MOTOMAN機器人遠程控制器使用，集成在本系統中主要是為用戶提供方便的操作方式。與標準的MOTOMAN遠程控制功能相比，本通信與遠程控制模塊還增加了一個特殊的功能對于特別復雜的加工軌跡，因數據量過大而被所述第二代碼轉換子模塊分割為若干子程序，因數據量過大而被分割為若干子程序。文件分割子模塊將這種帶有子程序的超大文檔按照其子程序分割成一組有序的小文檔，并自動添加文件頭信息。通信驅動子模塊可以自動實現一邊運行工作程序，一邊進行后臺下載，一邊刪除已執行程序，從而實現超大數據量的工作程序的連續無間斷運行。
相對于傳統的系統，本發明的突出特點是精確和快速。由于可以由設計圖紙(紙質圖紙或電子圖紙)直接獲得有關數據，寫入控制程序文件，比示教法手動操作工業機器人，肉眼目視找準的方式要簡便快捷得多，也精確得多。即使只采用文本編輯方式對簡單加工軌跡進行手動編程，也比示教方式編程要快上數倍，如果結合第三方CAM產品(如CAXA數控加工系統)使用本發明，對復雜軌跡進行編程，原來數天才能完成的工作只需數分鐘即可完成。另一個重要的優點是編程是離線進行的，不需占用下業機器人設備即可編程和初步調試，而設備停產編程調試通常意味著巨大的經濟損失，反之則帶來巨大效益。相對于其他工業機器人離線編程系統，本發明的突出特點是簡單易用，成本低廉。由于巧妙地利用被廣泛使用的G代碼作為工作語言，使得一般數控技術人員都能立即掌握其使用方法，而且由于可以結合第三方CAM產品使用，本發明不再包含這些功能，使得本發明功能簡潔，成本低廉，容易為一般用戶接受。
圖1為本發明系統的結構框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例所涉及的部件包括MOTOMAN機器人(圖上未畫出)及其控制器，本發明離線編程系統，通信電纜等。
本實施例中離線編程系統包括三個主要的功能模塊代碼編輯與轉換模塊，圖形化校驗模塊，通信與遠程控制模塊。其中代碼編輯與轉換模塊實現MOTOMAN機器人工作文件生成的功能，圖形化校驗模塊則對所生成的工作文件進行仿真和校驗，通信與遠程控制模塊用于文件的上傳下載以及遠程啟動等操作，三個模塊實現了完整的MOTOMAN機器人編程作業。
所述包含文本編輯和代碼轉換模塊，可以實現由通用的G代碼數控程序到MOTOMAN機器人用的INFORMII代碼工作程序的轉換。通過語法分析對G代碼程序進行編譯，生成包含有運動控制信息的中間數據，再依照INFORMII編程語言的語法要求，將中間數據翻譯為MOTOMAN機器人工作程序(INFORMII語言)的控制命令和位形數據，同時根據參數設定情況補充MOTOMAN機器人工作程序中的其他信息，生成完整的MOTOMAN機器人工作文件，實現MOTOMAN機器人離線編程作業。
所述圖形化校驗模塊，針對文本編輯和代碼轉換模塊所生成的MOTOMAN機器人工作文件，可以以三維動畫形式實現其運動軌跡的仿真和校驗。通過語法分析對使用INFORMII編寫的MOTOMAN機器人工作程序進行編譯，生成中間數據；依據中間數據在三維界面上以動畫形式展示MOTOMAN機器人工作過程，由編程者判斷程序中的運動錯誤以及其工藝的合理性等。
所述通信和遠程控制模塊，實現與MOTOMAN機器人遠程通信和遠程控制，通過對MOTOMAN機器人通信協議的分析，代碼編輯與轉換模塊和圖形化校驗模塊處理后的文件與MOTOMAN機器人進行通信，實現工作程序的上傳下載以及遠程控制操作。在MOTOMAN機器人本體控制器本身存儲空間不足的情況下，可以通過后臺動態下載的方式提供超大型工作程序的運行。
所述文本編輯與代碼轉換模塊由一個G代碼編輯子模塊、一個INFORMII代碼編輯子模塊、第一代碼轉換子模塊、第二代碼轉換子模塊和一個參數輸入界面構成，其中G代碼編輯子模塊和INFORMII代碼編輯子模塊用于分別打開和編輯G代碼文檔和INFORMII代碼文檔，第一代碼轉換子模塊接受來自G代碼編輯子模塊的信息，對G代碼編輯子模塊中打開的當前文檔進行編譯，生成中間數據，用戶由參數輸入界面手工輸入G代碼文件中所沒有包含的信息，第二代碼轉換子模塊接受來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，對其進行反編譯，同時增加用戶通過參數輸入界面輸入的信息，生成INFORMII代碼文檔，并送往INFORMII代碼編輯子模塊中進行顯示和手工編輯。
所述的第二代碼轉換子模塊在MOTOMAN機器人工作程序即INFORMII代碼文檔的數據量大于MOTOMAN機器人控制器的限制的情況下，分析來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，找到可停頓的運動指令，在這些停頓點將超大程序分割為若干子程序。
所述圖形化校驗模塊由第三代碼轉換子模塊和一個圖形仿真子模塊構成，第三代碼轉換子模塊對文本編輯與代碼轉換模塊所最終生成的INFORMII代碼工作文件進行編譯，生成中間數據，該過程是第二代碼轉換子模塊的逆過程，圖形仿真子模塊根據第三代碼轉換子模塊輸出的中間數據模擬MOTOMAN機器人運動過程，以三維動畫的形式顯示MOTOMAN機器人末端執行器的運動，用戶根據圖形仿真過程判斷MOTOMAN機器人運動的正確性和工藝的合理性。
所述通信與遠程控制模塊由一個通信驅動子模塊、一組操作界面和一個文件分割子模塊構成，其中通信驅動子模塊用于與MOTOMAN機器人進行遠程通信和遠程控制，包括RS232C串行通信和以太網絡通信兩種驅動方式，能夠依照MOTOMAN機器人的通信協議與之進行通信應答，用戶利用一組操作界面根據MOTOMAN機器人所具有的遠程控制功能進行遠程控制，對于特別復雜的加工軌跡，因數據量過大而被所述第二代碼轉換子模塊分割為若干子程序，文件分割子模塊將這種帶有子程序的大文檔按照其子程序分割成一組有序的小文檔，并自動添加文件頭信息，通信驅動子模塊能自動實現一邊運行工作程序，一邊進行后臺下載，一邊刪除已執行程序，從而實現大數據量的工作程序的連續運行。
上述結構的本發明實施例使用時，按照以下的步驟進行首先需要對MOTOMAN機器人坐標原點等進行校準，由于使用G代碼編程所用的坐標與MOTOMAN機器人坐標不一致，MOTOMAN機器人必須工作在用戶坐標下，要對用戶坐標原點進行校準，該工作對特定的工裝夾具只需進行一次。
接下來的步驟可以使用第三方CAM產品(如CAXA數控軟件)生成數控加工代碼文件(G代碼文件)，然后使用代碼編輯與轉換模塊提供的G代碼編輯子模塊打開。對于較為簡單的情況，可以直接利用G代碼編輯子模塊手工建立G代碼文件并編輯修改。
第三步是啟動代碼轉換，這是本發明的主要創新之處，核心在于實現G代碼程序到INFORMII代碼程序的轉換。具體實現過程為調用第一代碼轉換子模塊對G代碼文件進行編譯，根據其命令字和位形數據生成包含有運動控制信息的中間數據，按加工運動次序以鏈表的形式存在存儲器中，完成第1次轉換。同時代碼編輯與轉換模塊中的參數輸入界面可以讓用戶設置那些沒有包含在G代碼程序中的其他信息，例如坐標類型，坐標號，工具號等。第二代碼轉換子模塊依照INFORMII編程語言的語法要求，將中間數據翻譯為MOTOMAN機器人工作程序(INFORMII語言)的控制字和位形數據。利用控制字、位形數據和其他參數等信息進行反編譯，按照INFORMII的語法格式生成完整的MOTOMAN機器人工作程序文本，完成第2次轉換，并在INFORMII代碼編輯子模塊中打開該文本。用戶可以直接利用INFORMII代碼編輯子模塊對文本進行手工修改。
第四步是對生成代碼進行校驗圖形化校驗模塊中的第三代碼轉換子模塊通過語法分析對INFORMII代碼編輯器中的文檔進行編譯，生成中間數據，以鏈表方式保存于存儲器中，該過程為上述第三步中第2次轉換的逆過程。依據這些中間數據，圖形仿真子模塊以三維動畫形式展示MOTOMAN機器人末端執行器的運動過程，該圖形仿真子模塊可以由用戶設置動畫的尺寸縮放，選擇視角，調整時間比例因子(即快進和慢放)等。該圖形仿真子模塊還會對對超出工作空間、超出最大速度等明顯錯誤進行提示，但是由于工藝的復雜和多樣性的原因，用戶應該判斷程序中的運動錯誤以及其工藝的合理性等。對于不合理之處，用戶可以直接調整MOTOMAN機器人工作程序(INFORMII代碼文件)中的數據和命令字，再次仿真校驗；也可以利用G代碼編輯子模塊修改G代碼文件，重復第三步的代碼轉換，再進行仿真，直至滿意為止。
第五步啟動遠程通信與控制模塊的操作界面，選擇正確的通信方式和參數，將上述MOTOMAN機器人工作程序下載到MOTOMAN機器人控制器即完成了離線編程任務。接下來可以直接用MOTOMAN機器人控制器操作MOTOMAN機器人執行工作，也可以用遠程通信與控制模塊啟動MOTOMAN機器人工作。工作中也可以根據實際情況再對工作程序進行修改(回到第二步或者第三步，手工修改G代碼或者INFORMII代碼文件)。
因為CAM產品生成的加工代碼數據量較大，尤其是復雜的曲線曲面加工時，數據點數量可能大于MOTOMAN機器人控制器存儲能力，此時本發明系統的文本編輯與代碼轉換模塊中的第二代碼轉換子模塊(即第三步的第2次轉換過程)可以根據運動指令的類型，智能地在可停頓點處將超大程序分割為若干子程序。而本系統提供的遠程通信與控制模塊可以自動實現文件分割，一邊運行工作程序，一邊進行后臺下載，一邊刪除已執行程序的功能，從而實現超大數據量的工作程序的光滑無間斷運行。以MOTOMAN機器人XRC控制器為例，該控制器要求單個工作文件中的運動步數不能超過1000步，全部存儲空間所能存放的數據也只有40000步，而在復雜曲面加工中，即使中等精度也往往需要數千乃至數萬步，則MOTOMAN機器人不能連續實現這種加工作業，中途必須停頓，人工處理數據更新問題；而使用本系統可以自動實現這種復雜的過程。
權利要求
1.一種工業機器人離線編程系統，其特征在于，包括文本編輯與代碼轉換模塊、圖形化校驗模塊、通信與遠程控制模塊，其中所述文本編輯和代碼轉換模塊，實現由G代碼數控程序到MOTOMAN機器人專用的INFORMII代碼工作程序的轉換，通過語法分析對G代碼程序進行編譯，生成包含有運動控制信息的中間數據，再依照INFORMII編程語言的語法要求，將中間數據翻譯為MOTOMAN機器人工作程序即INFORMII語言的控制命令和位形數據，同時根據參數設定情況補充MOTOMAN機器人工作程序中的信息，生成完整的MOTOMAN機器人工作文件，實現MOTOMAN機器人離線編程作業；所述圖形化校驗模塊，針對文本編輯和代碼轉換模塊所生成的MOTOMAN機器人工作文件，以三維圖形方式實現其運動軌跡的仿真和校驗，通過語法分析對使用INFORMII編寫的MOTOMAN機器人工作程序進行編譯，生成中間數據，依據中間數據以三維動畫形式展示MOTOMAN機器人工作過程，由編程者判斷程序中的運動錯誤以及其工藝的合理性；所述通信和遠程控制模塊，實現與MOTOMAN機器人遠程通信和遠程控制，通過對MOTOMAN機器人通信協議的分析，將代碼編輯與轉換模塊和圖形化校驗模塊處理后的文件與MOTOMAN機器人進行通信，實現工作程序的上傳下載以及遠程控制操作。
2.根據權利要求1所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述文本編輯與代碼轉換模塊由一個G代碼編輯子模塊、一個INFORMII代碼編輯子模塊、第一代碼轉換子模塊、第二代碼轉換子模塊和一個參數輸入界面構成，其中G代碼編輯子模塊和INFORMII代碼編輯子模塊用于分別打開和編輯G代碼文檔和INFORMII代碼文檔，第一代碼轉換子模塊接受來自G代碼編輯子模塊的信息，對G代碼編輯子模塊中打開的當前文檔進行編譯，生成中間數據，用戶由參數輸入界面手工輸入G代碼文件中所沒有包含的信息，第二代碼轉換子模塊接受來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，對其進行反編譯，同時增加用戶通過參數輸入界面輸入的信息，生成INFORMII代碼文檔，并送往INFORMII代碼編輯子模塊中進行顯示和手工編輯。
3.根據權利要求2所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述的第二代碼轉換子模塊在MOTOMAN機器人工作程序即INFORMII代碼文檔的數據量大于MOTOMAN機器人控制器的限制的情況下，分析來自第一代碼轉換子模塊的中間數據，找到可停頓的運動指令，在這些停頓點將超大程序分割為若干子程序。
4.根據權利要求1所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述圖形化校驗模塊由第三代碼轉換子模塊和一個圖形仿真子模塊構成，第三代碼轉換子模塊對文本編輯與代碼轉換模塊所最終生成的INFORMII代碼工作文件進行編譯，生成中間數據，該過程是第二代碼轉換子模塊的逆過程，圖形仿真子模塊根據第三代碼轉換子模塊輸出的中間數據模擬MOTOMAN機器人運動過程，以三維動畫的形式顯示MOTOMAN機器人末端執行器的運動，用戶根據圖形仿真過程判斷MOTOMAN機器人運動的正確性和工藝的合理性。
5.根據權利要求4所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述圖形仿真子模塊具有圖形縮放、多視角顯示、時間比例因子可調功能，同時圖形仿真子模塊對運動超界、速度超限錯誤提出警告。
6.根據權利要求1所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述通信與遠程控制模塊由一個通信驅動子模塊、一組操作界面和一個文件分割子模塊構成，其中通信驅動子模塊用于與MOTOMAN機器人進行遠程通信和遠程控制，包括RS232C串行通信和以太網絡通信兩種驅動方式，能夠依照MOTOMAN機器人的通信協議與之進行通信應答，用戶利用一組操作界面根據MOTOMAN機器人所具有的遠程控制功能進行遠程控制，對于特別復雜的加工軌跡，因數據量過大而被所述第二代碼轉換子模塊分割為若干子程序，文件分割子模塊將這種帶有子程序的大文檔按照其子程序分割成一組有序的小文檔，并自動添加文件頭信息，通信驅動子模塊能自動實現一邊運行工作程序，一邊進行后臺下載，一邊刪除已執行程序，從而實現大數據量的工作程序的連續運行。
7.根據權利要求6所述的工業機器人離線編程系統，其特征是所述一組操作界面遠程控制的內容包括文件和參數的上傳與下載，遠程讀取MOTOMAN機器人各項狀態，手動控制MOTOMAN機器人運動，啟動或停止MOTOMAN機器人工作程序。
全文摘要
一種機器人技術領域的工業機器人離線編程系統，包括文本編輯與代碼轉換模塊、圖形化校驗模塊、通信與遠程控制模塊，所述文本編輯和代碼轉換模塊實現由G代碼數控程序到MOTOMAN機器人用的INFORMII代碼工作程序的轉換，生成完整的MOTOMAN機器人工作文件，實現機器人離線編程作業；所述圖形化校驗模塊針對文本編輯和代碼轉換模塊所生成的機器人工作文件，以三維圖形方式實現其運動軌跡的仿真和校驗；所述通信和遠程控制模塊將代碼編輯與轉換模塊和圖形化校驗模塊處理后的文件與MOTOMAN機器人進行通信，實現工作程序的上傳下載以及遠程控制操作。本發明具有精確和快速、功能簡潔、成本低廉的特點，容易為用戶接受。
文檔編號B25J13/00GK101092031SQ20071004374
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月12日 優先權日2007年7月12日
發明者欒楠 申請人:上海交通大學