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工业机器人 |
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制造环境中工业机器人的仿真、控制和远程(因特网)通信 |
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作者：董瑞祥 译 来源：《ROBOTICS TODAY》 |
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本论文的焦点是在远程通信方面和机器人工作站的形象化，或者是借助连到机器人工作站的PC机，或者是经由因特网上的Web浏览器。所具有的在线能力、机器人工作站台的直观显示与对其控制一起，特别是通过因特网 (Internet)对其控制，有着很大的优点。这使得工业设备(编入机器人工作站)的管理者能监督、控制和在线直接观察诸机器人单元的状态及当前的动作，管理者不需附加设备只凭借PC机和Internet连接，由他的办公室就可方便地做到这一点。
对于这个设计，利用一台ABB公司IRB 2400型工业机器人运行于工作站中，与装配部分、物料搬运部分和生产设备部分结合在一起。这整个的工作站是通过PC机上的线框图来仿真的。该PC机经由与机器人兼容的快速串行链接(RSL)被连接到机器人控制器。这个链接允许PC机控制在线的机器人和工作站。VB（Visual BASIC)程序的仿真部分被转换成网络页面上的Java语言applet程序。这个applet程序上网络服务器通信，然后与运行仿真软件包的PC机通信。这样就经由Internet网建立了控制。在专家系统中已为具体的工作站设备建立和利用一些原则，以允许工作站去完成一系列确定了的制造动作。该专家系统按照Internet网上允许的用户附加数值到工作站的控制程序，去完成工作站中的一定动作，不需要任何的机器人详细编程语言(DPL)或者专门的计算机编程语言(CPL)方面的知识。
设计阶段
该设计的第一阶段是IRB 2400型机器人的软件仿真开发，包括经由快速串行链接(RSL)的来自PC机的对于机器人的在线控制。设计的第二阶段将第一阶段与仿真中的生产设备、物料搬运和装配集成起来，并给出一个实验性的工作站设备与仿真中的专家系统集成。设计的第三阶段是经由Internet网控制，合并网络服务器和Java语言applet软件。不同设计阶段的布置如图1所示。
图1 各设计阶段和组成
软件开发
在第一阶段，编程语言VB用来支持快速编程开发（RPD），它与连接机器人和PC机的快速串行链接（RSL）相兼容。仿真软件的主页如图2所示。
图2 仿真软件的主页
实际的机器人工作站如图3所示。
图3 实际的机器人工作站
机器人的运行程序使用了与C语言非常相似的快速编程语言(RPL)。
在PC机上建立的表示机器人的三维线框图包含它的所有运动范围。用该链接，机器人能被在线控制。仿真中包含如下功能:
·自动程序的生成
·隐含线的移动
·从任一位置观察
·防碰撞系统
·全逆运动学转换
·容易附加任何别的被仿真设备到该环境中
·在仿真中移动被仿真的各部分能力
·接收来自机器人的出错信息
·读出机器人的位置和状态
使用几何方法得到逆运动学解。
在系统开发时，主要目标之一是使PC机的控制能力达到最大，PC机能以快速而有效的途径，以尽可能少的数据转换与机器人控制器通信。
为了由PC机控制机器人的位置，研究了两种可能的方法。第一种方法涉及在PC机上生成完整的快速程序，然后这些程序下载到机器人控制器去执行。因此，为机器人每个动作所用的程序都会生成并下载去执行。这种方法已完成并被测试。对机器人在线位置控制，结果不是很有利的，因为在新的位置命令给出和机器人开始运动的时间之间，该方法产生1.5秒到2.5秒的延迟。因此，为了达到上述目标，必须发现更有效和更快速的方法。
第二种方法涉及由PC机修改在机器人控制器上运行的存在于RPL语言中的某些持续变量。在含有这些变量的程序于机器人控制器上运行时，RPLBAO保证能修改这些持续变量。
因此，对于其中仅含一条机器人位置指令的RPL，该位置变量被定义为是不变的并被反复执行，机器人可以由PC机改变这个持续变量来被定位。当执行这种控制方法时，所产生的机器人响应时间为0.3秒，这比之第一种方法是快得多了。
软件/硬件集成
第二阶段中，机器人工作站的组成部分——即生产设备、物料搬运和装配——被建立并实际构成。结合进这些设备的各种传感器提供准确的信息以及工作站的状态。传感器输入到并进入PC机上的专家系统，以智能地确定为完成确定任务的工作站中机器人的动作。将用于该设备的实际零件和目标提供给专家系统以驱动机器人。在这个设备中，为了从中选择而将各种编制的机器人路径和动作提供给专家系统。对于专家系统，具体的设备目标是从四个给定的未加工零件中产生两个被正确加工和装配的零件。专家系统的原则基础构成有些涉及机器人工作站中诸传感器和条件的任何可能的组合。因此，该专家系统能在任何情况下被启动，并在任何配置下用机器人工作站朝着其目标开始工作。上述能力对工作站的智能作出极大贡献，尤其是在由Internet网控制时。专家系统软件编制从B.Sawyer的书《用Pascal语言编制专家系统》中可获得。由于这个软件最初是用Pascal语言写的，所以提出了用VB语言的集成课题。然而，用Pascal语言为开发Windows应用的面向目标的图形工具集Delphi已被用于建立专家系统，动态链接库(DDL)会并入VB语言仿真软件。
远程（Internet网）控制
第三阶段通过Internet网集成并控制机器人工作站。图4表示出机器人工作站/Internet网通信的概略布局。 
图4 机器人工作站//Internet网通信概略布局
Internet网页浏览器与网页服务器以通常的方式进行通信。运行于网络页面的Java语言之applet程序作为对机器人工作站的用户接口。该applet与Java服务器通信，Java服务器运行在与长崎网络服务器一样的PC机上。
通过微软(Microsoft)公司的共享文件对Diesel公司的PC机进行通信，对长琦的PC机Java服务器使用两个为Diesel PC机共享的文件。
一个文件用来连续监控指示来自Diesel PC机响应的变化；而另一个文件用于写入来自用户的响应。在Diesel PC机方面，两个文件对仿真程序是以相反的方式被处理，该仿真程序与包含所有控制和仿真软件的机器人控制器通信。上述解决方法的被采用，是因为涉及连接的PC机，RSL截断了任何控制规约(TCP)和用户图解规约(UDP)的传输。这就使得采用单独的网络服务器成为必须。然而，RSL仍然允许PC机与网络上的其他PC机共享文件。这种方法用来开发系统并利用Diesel PC机上两个共享文件与长崎的PC机通信。如果RSL不与各种网络连接接口，则Java服务器能被集成到用VB语言写的仿真软件中。这也允许网络服务器运行在同样的PC机上(Diesel公司)，而不管附加的PC机(长崎的)之需要。
VB语言仿真软件中表示线框图的同样方法被用在Java语言applet程序中。因此，VB仿真的具体零件转移到Java，在Internet网显示同样的线框图。按照由网络浏览器所观察到的Java applet见图5所示。
所开发的applet程序仅作为Internet网用户的一个接口；不过用let程序来完成纯粹的/必需程序来进行的——applet程序仅仅作为一个接口,在发送用户请求和命令到VB仿真程序时，用于接收仿真程序和最新信息。下列命令/动作能被Internet网用户完成:
·机器人的直接控制
·通过预先编程的路径控制机器人
·专家系统的运行
·操纵零件
·评价和结论
为了按照预测来检验系统的执行情况，进行了两种类型的测试。第一种测试涉及在连到机器人控制器的PC机上的仿真软件包之评价，被认为是局部测试。第二种测试是通过Internet网由Java applet 来完成的，被称之为Internet网测试。局部测试在与实际机器人工作站有直观接触时完成。测试中所包含的所有任务都已完成。所完成的Internet 网测试与实际的机器人工作站没有直观接触。该测试表明对实际机器人工作站提供足够信息的三维仿真，允许用户成功地表演并完成所有的任务。在两种测试中，该专家系统都成功地完成了生产加工和装配各种零件的任务。
结论
最后，远程的在线三维接口成功地使得远程用户能与机器人工作站相互作用，在线接收各种机器人和零件位置与状态的反馈。成功地达到无直观接触。为了在接收来自用户的单条命令或指令时完成详细的操作，机器人工作站装备了专家系统。为了克服机器人工作站中出现的不确定性，也实行有限的推理。本文中提出的具体实验设备是作为更一般概念的一个典型例子。由于附加了更多的人造部件(专家系统除外)，一般概念的系统会更高级。
例如，这包括使用机器人控制器中的神经网络和模糊逻辑进行自动路径生成以及自动的零件装配。为了提高对机器人系统的输入水平，非常高级的传感器目前也可得到，允许人工智能部件去提供更理智和更先进的建议与结果。
这些结论可视为未来自动工厂远程和集中控制的基础，可从任何地方用PC机和Internet网连接去实现控制和监控。(end)
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(投稿)
(1/27/2007) |
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