｜機器手臂控制語言開發設計

摘要：在機器手臂的控制器開發上，除了需要提供使用者簡易操作介面來操縱機器人外，對於複雜動作的問題，也要能夠提供平易近人的控制語言進行操作，類似於工具機上的NC語法，而我們將它稱之為機器人語言（Robot Language），利用Robot Language可以完成的工作包含有路徑規劃、數學方程、IO控制、同步控制、系統溝通等，也因此一個良好且功能豐富的機器人控制語言設計是非常重要的。

Abstract: The development of robot-arm’s controller should not only provide easy-to-use operation interface to control robots, but also provide friendly control-script for complicate actions. It’s like NC code and we call it Robot Language. Using Robot Language, we can do these works including path plan, math computing, I/O control, synchrotron control, and system communication. Therefore, a good and multi-function robot language is very important.

關鍵詞：機器人語言、解譯器、遞迴演算法

Keywords：Robot Language, Decoder, Recursive Algorithm

機器人控制語言設計規劃
在設計機器人控制語言之前，我們必須先了解一個完整的機器人系統包含了哪些功能，有哪些功能是必須要由Robot Language來控制的，也因此由整機系統的各個模組，其軟體的規格列表必須先被規劃出來，如圖1。

另外，根據我們所需要的各種功能我們可以設計相關指令，而為了便於工廠操作人員的習慣以及便利性，我們需要參考工具機NC語法的設計，這樣一來，使用者在使用Robot Language時，便較容易上手且不會產生排斥感，並且在全系統機電整合自動化設計也較不容易出錯，而圖2列出傳統一般的NC語法控制器畫面。

由圖2系統可以得知，在機器人語言的設計規劃上，必須制定標準命令如G01、G17、M01等指令，各指令包含移動命令、設定命令等，且程式由上而下順序執行，每筆命令後接續各個命令之參數，這是工具機的標準語言，而機器手臂雖然較為複雜了些，但是基本上仍可依照以上的準則去設計，所以我們規劃了包含以下功能以及相關指令的定義：

1. 運動控制功能：

（1）各軸快速移動及點到點直線移動，設計指令如MOVJ、MOVP、MOVL
（2）各軸速度控制，設計指令如SETPTPSPEED、SETLINESPEED
（3）各軸加減速時間控制，設計指令如SETACCTIME、SETDECTIME
（4）各軸加減速模式控制，設計指令如SETACCTYPE、SETDECTYPE
（5）運動等待，設計指令如WAIT、WAITMOTION
（6）整體速度比例控制，設計指令如SETSPEEDRATE
（7）得到目前位置角度，設計指令如GETDEG、GETPOS
（8）得到目前運動狀態，設計指令如GETMOTIONSTATUS

2. I/O控制功能：

（1）接收輸入訊號，含等待以及不等待運動完成，設計指令如INPUT、INPUT2

（2）立即輸出訊號，含等待以及不等待運動完成，設計指令如OUTPUT、OUTPUT2

3. 解譯器功能：

（1）變數系統，可宣告變數並進行運算，設計指令如DIM，設計型態如Number、String、Point分成數字、字串、座標點三種形態
（2）四則運算系統，可進行數學四則運算
（3）判別式系統，建立判別式，分析並選擇是否執行，設計指令如IF~ENDIF
（4）迴圈系統，建立迴圈可重複執行相同程式碼，設計指令如WHILE~LOOP
（5）數學函數計算，設計指令如SIN、COS、TAN、ASIN、SQRT、POW、LOG等指令
（6）系統程式碼運行、暫停、以及結束命令，如RUN、PAUSE、STOP

4. 外部溝通功能：

（1）UART、Ethernet功能，設計指令如NET_GETDEG、NET_GETPOS
（2）外部傳回值暫存器，設計指令如NETREG_GET

5. 視覺系統功能：

（1）攝影機的開關，設計指令如VS_OPEN、VS_CLOSE
（2）影像處理，設計指令如VS_BINARY、VS_PATSEARCH

6. 巨集設計系統：

使用者可將常用的程式段落編寫成巨集供重複使用。

7. 偵錯Robot Language系統：

在正式執行前需先進行指令偵錯，錯誤或模擬兩可的指令必須被排除，如此將可以確保機器手臂系統安全，避免公安傷害。

從以上可知，機器手臂的系統較為複雜，也因此在語法上定義也稍微與NC語法略有差異，其一是使用完整英文描述而非類似G01、G17等簡單描述，原因在於整個機器人系統控制上，我們亦可以透過網路或串列傳輸方式傳遞字串控制機器人，若機器語法採簡單描述，不但可讀性降低，且安全性也較差；而另一個差異則是可宣告變數、判別式、迴圈以及建立巨集，因機器手臂工作上的動作較為複雜，需進行許多數學運算，且為了記錄動作停止時的工作座標點，利用教點方式來完成手臂的相關運動，以及跟周邊I/O進行整合，所以Robot Language的功能需涵蓋許多功能，層次也必須更多更廣。

另外，從整條自動化生產線的觀點來看，一條正在工作的生產線必須安排好幾站，各站機器人皆有其特定工作並進行分工，而因此需要一台終控系統裝置進行整條自動化生產線的排程規劃，並同時控制多台機器手臂、工具機、供料系統等，所以藉由Robot Language，終控系統將可以簡單地控制並監視遠端的機器人，僅需要將執行之命令傳遞給該工作站即可，而整個系統架構則如圖3所示。

總括而言，不管是單機機器人控制抑或是多機自動化排程，一套良好的Robot Language設計可讓自動化生產線運作的更加順利，並且也可讓使用者使用起來得心應手。