機(jī)器人的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言結(jié)構(gòu)相似的相似

機(jī)器人的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言一般為C、C++、C++、Vb、VC等語(yǔ)言，主要取決于執(zhí)行器（伺服系統(tǒng)）的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言；而機(jī)器人編程分為示教級(jí)、動(dòng)作級(jí)機(jī)器人編程語(yǔ)言和任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言三個(gè)層次；機(jī)器人編程語(yǔ)言分為特殊操作語(yǔ)言（如VAL語(yǔ)言、AL語(yǔ)言、SLIM語(yǔ)言等），現(xiàn)有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言機(jī)器人庫(kù)（如語(yǔ)言、JARS語(yǔ)言、AR語(yǔ)言等）的應(yīng)用。 )、應(yīng)用程序有三類新的通用語(yǔ)言機(jī)器人程序庫(kù)（如語(yǔ)言、AML 語(yǔ)言語(yǔ)言等）。目前主要應(yīng)用是SLIM語(yǔ)言。

隨著機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人語(yǔ)言也得到了發(fā)展和完善。機(jī)器人語(yǔ)言已成為機(jī)器人學(xué)的重要組成部分。除了依靠機(jī)器人硬件的支持外，機(jī)器人的相當(dāng)一部分功能都要依靠機(jī)器人語(yǔ)言來(lái)完成。早期的機(jī)器人功能簡(jiǎn)單，動(dòng)作簡(jiǎn)單，因此可以采用固定的程序或示教方法來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。隨著機(jī)器人操作的多樣化和工作環(huán)境的復(fù)雜化，僅僅依靠固定的程序或示教方法已經(jīng)不夠了。必須使用能夠隨時(shí)適應(yīng)工作和環(huán)境變化的機(jī)器人語(yǔ)言編程來(lái)完成機(jī)器人的工作。

自從機(jī)器人問(wèn)世以來(lái)，美國(guó)、日本等機(jī)器人起源國(guó)也同時(shí)開(kāi)始研究機(jī)器人語(yǔ)言。美國(guó)斯坦福大學(xué)于1973年開(kāi)發(fā)了世界上第一種機(jī)器人語(yǔ)言——WAVE語(yǔ)言。WAVE是一種機(jī)器人動(dòng)作語(yǔ)言，即語(yǔ)言功能主要描述機(jī)器人的動(dòng)作，同時(shí)也控制力和接觸。還可以與視覺(jué)傳感器配合，對(duì)機(jī)器人的手眼進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

在 WAVE 語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，1974 年，斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種新語(yǔ)言，稱為 AL 語(yǔ)言。這種語(yǔ)言在結(jié)構(gòu)上類似于高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。它是一種帶有指令編譯器的編譯語(yǔ)言，可以在實(shí)時(shí)機(jī)器上進(jìn)行控制。用戶編寫(xiě)的機(jī)器人語(yǔ)言的源程序，由編譯器進(jìn)行編譯，為機(jī)器人分配任務(wù)和任務(wù)。作業(yè)命令控制。 AL語(yǔ)言不僅可以描述爪子的運(yùn)動(dòng)，還可以記憶工作環(huán)境以及環(huán)境中物體與物體之間的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人的協(xié)同控制。

美國(guó)IbM也一直致力于機(jī)器人語(yǔ)言的研究，并取得了很多成果。 1975年IbM開(kāi)發(fā)了ML語(yǔ)言，主要用于機(jī)器人的組裝作業(yè)。后來(lái)，該公司又開(kāi)發(fā)了另一種語(yǔ)言——，這是一種用于匯編的高級(jí)語(yǔ)言，可以半自動(dòng)地編寫(xiě)幾何模型任務(wù)。

美國(guó)一家公司于1979年推出了VAL語(yǔ)言，它是在語(yǔ)言的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展的機(jī)器人語(yǔ)言，因此具有核心和結(jié)構(gòu)，編程簡(jiǎn)單工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言，語(yǔ)句簡(jiǎn)潔。 VAL語(yǔ)言成功應(yīng)用于pUMA和類型機(jī)器人。 1984年，公司在VAL-VALⅡ語(yǔ)言的基礎(chǔ)上推出了一種改進(jìn)的機(jī)器人語(yǔ)言。 VAL Ⅱ語(yǔ)言除了具備VAL語(yǔ)言的所有功能外，還增加了傳感器信息的讀取，使得利用傳感器信息進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制成為可能。

1980 年代初期，一家美國(guó)公司開(kāi)發(fā)了 RAIL 語(yǔ)言，該語(yǔ)言可以使用傳感器信息來(lái)檢測(cè)零件。同時(shí)，麥克唐納道格拉斯公司開(kāi)發(fā)了MCL語(yǔ)言，這是在CNC自動(dòng)編程語(yǔ)言-ApT語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)器人語(yǔ)言。 MCL特別適用于數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人組成的柔性加工單元的編程。

機(jī)器人語(yǔ)言種類繁多，新的語(yǔ)言層出不窮。這是因?yàn)闄C(jī)器人的功能不斷擴(kuò)展，需要新的語(yǔ)言來(lái)配合它的工作。另一方面，機(jī)器人語(yǔ)言大多是針對(duì)特定類型的特定機(jī)器人而開(kāi)發(fā)的，因此機(jī)器人語(yǔ)言的通用性很差。幾乎一個(gè)新的機(jī)器人出現(xiàn)了一個(gè)新的機(jī)器人語(yǔ)言來(lái)匹配它。

機(jī)器人語(yǔ)言根據(jù)其工作描述級(jí)別可分為動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言、對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言和任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言。

機(jī)器人編程語(yǔ)言（一）動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言

動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言是最低級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言。它主要基于對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的描述。通常，一條指令對(duì)應(yīng)于機(jī)器人的一個(gè)動(dòng)作，即從機(jī)器人的一個(gè)姿勢(shì)移動(dòng)到另一個(gè)姿勢(shì)。動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)在于它相對(duì)簡(jiǎn)單且易于編程。其缺點(diǎn)是功能有限，無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不接受浮點(diǎn)數(shù)和字符串，子程序不包含自變量；不能接受復(fù)雜的傳感器信息，只能接受傳感器開(kāi)關(guān)信息；與計(jì)算機(jī)的通信能力差。典型的動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言是 VAL 語(yǔ)言。例如AVL語(yǔ)言句子“MOVE TO()”表示機(jī)器人從當(dāng)前位姿移動(dòng)到目標(biāo)位姿。

動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言編程分為關(guān)節(jié)級(jí)編程和末端執(zhí)行器級(jí)編程。

聯(lián)合級(jí)編程

關(guān)節(jié)級(jí)編程基于機(jī)器人的關(guān)節(jié)。編程時(shí)給出機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置的一系列時(shí)間序列，在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系中進(jìn)行編程。對(duì)于直角坐標(biāo)機(jī)器人和圓柱坐標(biāo)機(jī)器人，由于直角關(guān)節(jié)和圓柱關(guān)節(jié)的表示比較簡(jiǎn)單，這種編程方法更適合；對(duì)于帶有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)機(jī)器人，關(guān)節(jié)位置的時(shí)間序列很難表達(dá)，即使一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作也要經(jīng)過(guò)很多復(fù)雜的計(jì)算，所以這種方法不適用。

關(guān)節(jié)級(jí)編程可以通過(guò)簡(jiǎn)單的編程指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)教學(xué)盒中的教學(xué)、打字教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

末端執(zhí)行器級(jí)編程

末端執(zhí)行器級(jí)編程在機(jī)器人工作空間的笛卡爾坐標(biāo)系中進(jìn)行。在這個(gè)直角坐標(biāo)系中，給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器一系列位姿的時(shí)間序列，連同力、觸摸、視覺(jué)等其他輔助功能的時(shí)間序列。工具等是確定和協(xié)調(diào)的。控制機(jī)器人的動(dòng)作。

這種編程方式允許簡(jiǎn)單的條件分支、感知函數(shù)、選擇和設(shè)置工具，有時(shí)還有并行函數(shù)，以及強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力。

機(jī)器人編程語(yǔ)言（二）對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言

所謂對(duì)象是指作品和作品對(duì)象本身。對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言是一種比動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言高一級(jí)的編程語(yǔ)言。不需要描述機(jī)器人抓手的運(yùn)動(dòng)，只要程序員以程序的形式給出作業(yè)本身的順序過(guò)程的描述和環(huán)境模型的描述，即運(yùn)營(yíng)商和運(yùn)營(yíng)商。機(jī)器人可以通過(guò)編譯程序知道如何移動(dòng)。

這類語(yǔ)言的典型例子是 AML 和其他語(yǔ)言，其特點(diǎn)是：

（1) 具有動(dòng)作級(jí)編程語(yǔ)言的所有動(dòng)作功能。

（2)具有很強(qiáng)的感知能力，可以處理復(fù)雜的傳感器信息，可以使用傳感器信息修改和更新環(huán)境的描述和模型，也可以使用傳感器信息進(jìn)行控制、測(cè)試和監(jiān)督。

（3)具有良好的開(kāi)放性，語(yǔ)言系統(tǒng)提供了開(kāi)發(fā)平臺(tái)工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言，用戶可以根據(jù)需要添加指令和擴(kuò)展語(yǔ)言功能。

(4)強(qiáng)大的數(shù)字計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，可以處理浮點(diǎn)數(shù)，可以與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信。

對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言以接近自然語(yǔ)言的方式描述對(duì)象變化。對(duì)象級(jí)編程語(yǔ)言的算術(shù)函數(shù)、工作對(duì)象的位置和姿態(tài)序列、工作量、工作對(duì)象的力和力矩等都可以以表達(dá)式的形式出現(xiàn)。系統(tǒng)中的機(jī)器人尺寸參數(shù)、工作對(duì)象和工具一般以知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存在。系統(tǒng)在編譯程序時(shí)獲取這些信息，然后模擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作對(duì)象的適當(dāng)位姿，獲取傳感器信息。并處理、避開(kāi)障礙物并與其他設(shè)備通信。

機(jī)器人編程語(yǔ)言（三）任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言

任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言是比前兩類更高級(jí)的語(yǔ)言，也是機(jī)器人最理想的高級(jí)語(yǔ)言。這種語(yǔ)言不需要用機(jī)器人動(dòng)作來(lái)描述任務(wù)，也不需要描述機(jī)器人對(duì)象的中間狀態(tài)過(guò)程。它只需要按照一定的規(guī)則描述機(jī)器人對(duì)象的初始狀態(tài)和最終目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)就可以使用它?，F(xiàn)有環(huán)境信息、知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)進(jìn)行推理和計(jì)算，從而自動(dòng)生成詳細(xì)的機(jī)器人動(dòng)作、序列和數(shù)據(jù)。

例如，裝配機(jī)器人要完成某個(gè)螺釘?shù)难b配，則螺釘?shù)某跏嘉恢煤脱b配后的目標(biāo)位置是已知的。當(dāng)發(fā)出抓取螺絲的指令時(shí)，語(yǔ)言系統(tǒng)會(huì)搜索從初始位置到目標(biāo)位置的路徑，在復(fù)雜的操作環(huán)境中找到一條不會(huì)與周圍障礙物發(fā)生碰撞的合適路徑，選擇合適的姿勢(shì)抓取螺絲在初始位置擰緊，并沿此路徑移動(dòng)到目標(biāo)位置。在這個(gè)過(guò)程中，作業(yè)中間狀態(tài)的設(shè)計(jì)、程序的選擇、前后動(dòng)作的安排等一系列問(wèn)題都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。

任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要人工智能的理論基礎(chǔ)和大規(guī)模知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。目前還不是很完整。它是一種理想的語(yǔ)言，需要進(jìn)一步研究。但相信隨著人工智能技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展，任務(wù)級(jí)編程語(yǔ)言將取代其他語(yǔ)言，成為機(jī)器人語(yǔ)言的主流，讓機(jī)器人編程應(yīng)用變得非常簡(jiǎn)單。

一般用戶接觸到的語(yǔ)言是機(jī)器人公司自己開(kāi)發(fā)的用戶專用語(yǔ)言平臺(tái)，通俗易懂。在這個(gè)層面上，每個(gè)機(jī)器人公司都有自己的語(yǔ)法規(guī)則和語(yǔ)言形式。這些都不重要，因?yàn)檫@一層是用于用戶教學(xué)和編程的。此語(yǔ)言平臺(tái)之后是基于硬件的高級(jí)語(yǔ)言平臺(tái)，如C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言、標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言等，這些語(yǔ)言是機(jī)器人企業(yè)開(kāi)發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)所使用的語(yǔ)言平臺(tái)。這個(gè)級(jí)別的語(yǔ)言平臺(tái)你可以編寫(xiě)一個(gè)翻譯和口譯程序，將用戶所教的語(yǔ)言平臺(tái)上編寫(xiě)的程序翻譯成這個(gè)級(jí)別的語(yǔ)言可以理解的指令。這一層的語(yǔ)言平臺(tái)主要用于運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制編程，底層是硬件語(yǔ)言，如基于硬件的匯編指令等。

創(chuàng)新互聯(lián)提供給用戶的編程接口一般是自己開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單的教學(xué)編程語(yǔ)言系統(tǒng)，如KUKA、Abb等，機(jī)器人控制系統(tǒng)提供商一般為用戶提供二級(jí)語(yǔ)言平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)層面，控制系統(tǒng)供應(yīng)商可以提供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法和核心的多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)算法。用戶可以對(duì)自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)用自由進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。這個(gè)級(jí)別的語(yǔ)言平臺(tái)是比較開(kāi)放的。但是，用戶的工作量也相應(yīng)增加了。這一級(jí)別的平臺(tái)主要針對(duì)機(jī)器人開(kāi)發(fā)廠商。例如，一些歐洲機(jī)器人控制系統(tǒng)供應(yīng)商基于標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言平臺(tái)。我們一般不太關(guān)注最低匯編語(yǔ)言級(jí)別的編程環(huán)境。這些都是控制系統(tǒng)芯片硬件廠商的東西。

每個(gè)工業(yè)機(jī)器人公司的機(jī)器人編程語(yǔ)言都不一樣，都有自己的編程語(yǔ)言。然而，無(wú)論變化有多大，它們的關(guān)鍵特征都是相似的。比如機(jī)器人的編程語(yǔ)言叫VAL3，風(fēng)格類似； Abb的被稱為，風(fēng)格類似C；還有V+、KUKA，都有專門(mén)的編程語(yǔ)言，但大都大同小異。而且因?yàn)楣疽婚_(kāi)始發(fā)明機(jī)器人的語(yǔ)言是VAL，所以這些語(yǔ)言結(jié)構(gòu)都差不多。

VAL語(yǔ)言是1979年美國(guó)公司推出的一種機(jī)器人編程語(yǔ)言，主要配置在pUMA及同等機(jī)器人上。它是一種特殊的動(dòng)作描述語(yǔ)言。

VAL 語(yǔ)言是在語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，所以它與語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)非常相似。公司在VAL的基礎(chǔ)上，引入了VALⅡ語(yǔ)言；后來(lái)收購(gòu)了公司，開(kāi)發(fā)了VAL3機(jī)器人編程語(yǔ)言。

為了學(xué)習(xí)，一般每個(gè)機(jī)器人的官網(wǎng)都會(huì)有這些介紹資料，但是詳細(xì)的資料會(huì)比較少。

文/工控老鬼，機(jī)器人網(wǎng)博客

當(dāng)前標(biāo)題：機(jī)器人的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言與高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言結(jié)構(gòu)相似的相似
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