機(jī)器人十大流行編程語言的介紹及機(jī)器人編程系統(tǒng)以及操作方法

“如果您問“機(jī)器人的最佳編程語言是什么？計(jì)算機(jī)視覺程序員會給出不同于認(rèn)知機(jī)器人的答案。每個人都不同意什么是“最好的編程語言”，語言首先學(xué)習(xí)，即使這是最現(xiàn)實(shí)的答案，因?yàn)樗Q于您要開發(fā)的應(yīng)用程序類型以及您正在使用的系統(tǒng)。
”

機(jī)器人十大流行編程語言

世界上有超過1500種編程語言，這是目前機(jī)器人技術(shù)中十種最流行的編程語言。每種語言對機(jī)器人有不同的優(yōu)勢：

10.BASIC/帕斯卡

BASIC和Pascal，它們是幾種工業(yè)機(jī)器人語言的基礎(chǔ)，如下所述。BASIC是為初學(xué)者設(shè)計(jì)的（它代表初學(xué)者通用符號指令代碼），這使它成為一個非常簡單的語言開始。帕斯卡爾旨在鼓勵良好的編程習(xí)慣小號，并介紹構(gòu)造，如指針，它一個很好的“敲門磚”，從普通版使一個更復(fù)雜的語言。這幾天，這兩種語言都有點(diǎn)過時，有利于“日常使用”。但是，如果要進(jìn)行大量的低級編碼，或者想要熟悉其他工業(yè)機(jī)器人語言，可以學(xué)習(xí)它們。

9.工業(yè)機(jī)器人語言

幾乎每個機(jī)器人制造商都開發(fā)了自己的專有機(jī)器人編程語言。您可以通過學(xué)習(xí)Pascal熟悉其中的幾個。但是，您每次開始使用新的機(jī)器人時，仍然需要學(xué)習(xí)新的語言。

ABB擁有RAPID編程語言。Kuka有KRL（Kuka Robot Language）。Comau使用PDL2，安川使用INFORM和川崎使用AS。然后，F(xiàn)anuc機(jī)器人使用Karel，St?ubli機(jī)器人使用VAL3和Universal Robots使用URScript。

近年來，像ROS Industrial這樣的編程選項(xiàng)開始為程序員提供更多的標(biāo)準(zhǔn)化選項(xiàng)。但是，如果您是技術(shù)人員，則您更有可能使用制造商的語言。

8.LISP

LISP是世界上第二大最古老的編程語言（FORTRAN年齡較大，但只有一年）。它不像這個列表上許多其他編程語言那么廣泛使用;然而，在人工智能編程中仍然非常重要。ROS的一部分是用LISP編寫的，盡管你不需要知道使用ROS。

7.硬件描述語言（HDL）

硬件描述語言基本上是描述電子設(shè)備的編程方式。這些語言對于一些機(jī)器人專家來說是相當(dāng)熟悉的，因?yàn)樗鼈冇糜诰幊态F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。FPGA允許您開發(fā)電子硬件，而無需實(shí)際生產(chǎn)硅芯片，這使得它們成為更快更容易的一些開發(fā)選擇。

如果你不是電子原型，你可能永遠(yuǎn)不會使用HDL。即使如此，重要的是知道它們存在，因?yàn)樗鼈兣c其他編程語言完全不同。一方面，所有操作都是并行執(zhí)行的，而不是依照基于處理器的語言進(jìn)行。

6.裝配

大會允許您以“一級和零級”進(jìn)行編程，這是最低級別（或多或少）的編程，最近大多數(shù)低級別的電子設(shè)備都需要編程，隨著Arduino等的興起微控制器，您現(xiàn)在可以使用C / C ++輕松地在這個級別進(jìn)行編程，這意味著大部分機(jī)器人可能不那么必要。

5.MATLAB

MATLAB及其開放源碼的親戚，如Octave，是非常受歡迎的一些機(jī)器人工程師分析數(shù)據(jù)和開發(fā)控制系統(tǒng)。還有一個非常受歡迎的機(jī)器人工具箱用于MATLAB。我知道使用MATLAB開發(fā)整個機(jī)器人系統(tǒng)的人。如果要分析數(shù)據(jù)，生成高級圖形或?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)，您可能需要學(xué)習(xí)MATLAB。

4.C＃/.NET

C＃是Microsoft提供的專有編程語言。我在這里包括C＃/ .NET，主要是因?yàn)槭褂盟鳛橹饕Z言的Microsoft Robotics Developer Studio。如果你要使用這個系統(tǒng)，你可能要使用C＃。但是，首先學(xué)習(xí)C / C ++可能是長期發(fā)展編碼技巧的好選擇。

3.Java的

一些計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)位將Java教學(xué)作為他們的第一種編程語言。Java從程序員“隱藏”底層的內(nèi)存功能，這使得它比C更容易編程，但這也意味著你對代碼實(shí)際做的不太了解。如果您從計(jì)算機(jī)科學(xué)的背景（許多人，特別是在研究中）來到機(jī)器人，你可能已經(jīng)學(xué)會了Java。像C＃和MATLAB一樣，Java是一種解釋語言，這意味著它不會被編譯成機(jī)器代碼。相反，Java虛擬機(jī)在運(yùn)行時解釋指令。使用Java的理論是，由于Java虛擬機(jī)，您可以在許多不同的機(jī)器上使用相同的代碼。在實(shí)踐中，這并不總是奏效，有時會導(dǎo)致代碼運(yùn)行緩慢。然而，Java在機(jī)器人的某些部分非常受歡迎，因此你可能需要它。

2.Python的

Python近年來尤其在機(jī)器人技術(shù)方面出現(xiàn)了巨大的復(fù)蘇。其中一個原因可能是Python（和C ++）是ROS中發(fā)現(xiàn)的兩種主要的編程語言。像Java一樣，它是一種解釋語言。與Java不同，語言的主要重點(diǎn)是易用性。許多人都認(rèn)為這樣做非常好。

Python節(jié)省了許多常規(guī)的事情，這些事情在編程中花費(fèi)時間，例如定義和轉(zhuǎn)換變量類型。此外，還有大量免費(fèi)的圖書館，這意味著當(dāng)您需要實(shí)現(xiàn)一些基本功能時，您不必“重新發(fā)明”。并且由于它允許使用C / C ++代碼進(jìn)行簡單的綁定，這意味著代碼的性能很重的部分可以用這些語言來實(shí)現(xiàn)，以避免性能下降。

1.C / C ++

最后，我們達(dá)到機(jī)器人技術(shù)的第一編程語言！許多人都同意C和C ++是新機(jī)器人的好起點(diǎn)。為什么？因?yàn)楹芏嘤布於际褂眠@些語言。它們允許與低級硬件進(jìn)行交互，允許實(shí)時性能和非常成熟的編程語言。這些天，您可能會使用C ++多于C，因?yàn)樵撜Z言具有更多的功能。C ++基本上是C的擴(kuò)展。首先學(xué)習(xí)至少一點(diǎn)C可能是有用的，以便您可以在找到以C編寫的硬件庫時識別它。C / C ++并不像以前那樣簡單，比如Python或者M(jìn)ATLAB。使用C實(shí)現(xiàn)相同的功能可能需要相當(dāng)長的時間，并且需要更多的代碼行。然而，由于機(jī)器人非常依賴于實(shí)時性能，

機(jī)器人的主要特點(diǎn)之一是其通用性，是機(jī)器人具有可編程能力是實(shí)現(xiàn)這一特點(diǎn)的重要手段。機(jī)器人編程必然涉及機(jī)器人語言。機(jī)器人語言是使用符號來描述機(jī)器人動作的方法，它通過對機(jī)器人的描述，使機(jī)器人按照編程者的意圖進(jìn)行各種操作。

機(jī)器人語言的產(chǎn)生和發(fā)展是與機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)編程語言的發(fā)展緊密相關(guān)的。編程系統(tǒng)的核心問題是操作運(yùn)動控制問題。

機(jī)器人編程系統(tǒng)以及方法

機(jī)器人編程是機(jī)器人運(yùn)動和控制問題的結(jié)合點(diǎn)，也是機(jī)器人系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題之一。當(dāng)前實(shí)用的工業(yè)機(jī)器人常為離線編程或示教，在調(diào)試階段可以通過示教控制盒對編譯好的程序一步一步地進(jìn)行，調(diào)試成功后可投入正式運(yùn)行。

機(jī)器人語言操作系統(tǒng)包括3個基本的操作狀態(tài)：

監(jiān)控狀態(tài)

編程狀態(tài)

執(zhí)行狀態(tài)

監(jiān)控狀態(tài)：用來進(jìn)行整個系統(tǒng)的監(jiān)督控制。

編輯狀態(tài)：提供操作者編制程序或編輯程序

執(zhí)行狀態(tài)：用來執(zhí)行機(jī)器人程序

把機(jī)器人源程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼，以便機(jī)器人控制柜能直接讀取和執(zhí)行，編譯后的程序運(yùn)行速度將大大加快。

根據(jù)機(jī)器人不同的工作要求，需要不同的編程。編程能力和編程方式有很大的關(guān)系，編程方式?jīng)Q定著機(jī)器人的適應(yīng)性和作業(yè)能力。隨著計(jì)算機(jī)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)編程變得日益重要。

編程語言也是多種多樣的，目前工業(yè)機(jī)器人的編程方式有以下幾種：

順序控制的編程

在順序控制的機(jī)器中，所有的控制都是由機(jī)械或者電氣的順序控制來實(shí)現(xiàn)，一般沒有程序設(shè)計(jì)的要求。順序控制的靈活性小，這是因?yàn)樗械墓ぷ鬟^程都已編輯好，由機(jī)械擋塊，或其他確定的辦法所控制。大量的自動機(jī)都是在順序控制下操作的，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是成本低、易于控制和操作。

示教方式編程

目前，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都具有采用示教方式來編程的功能。示教方式編程一般可分為手把手示教編程和示教盒示教編程兩種方式：

手把手示教編程：主要用于噴漆、弧焊等要求實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制的工業(yè)機(jī)器人示教編程中。具體的方法是利用示教手柄引導(dǎo)末端執(zhí)行器經(jīng)過所要求的位置，同時由傳感器檢測出工業(yè)機(jī)器人個關(guān)節(jié)處的坐標(biāo)值，并由控制系統(tǒng)記錄、存儲下這些數(shù)據(jù)信息。實(shí)際工作中，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)會重復(fù)再現(xiàn)示教過的軌跡和操作技能。

手把手示教編程也能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制，與CP控制不同的是它只記錄個軌跡程序移動的兩端點(diǎn)位置，軌跡的運(yùn)動速度則按各軌跡程序段應(yīng)對的功能數(shù)據(jù)輸入。

示教盒示教編程方式是人工利用示教盒上所具有的各種功能的按鈕來驅(qū)動工業(yè)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸，按作業(yè)所需要的順序單軸運(yùn)動或多關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動，完成位置和功能的示教編程。示教盒示教一般用于大型機(jī)器人或危險條件作業(yè)下的機(jī)器人示教。

脫機(jī)編程或預(yù)編程

脫機(jī)編程和預(yù)編程的含義相同，它是指用機(jī)器人程序語言預(yù)先用示教的方法編程，脫機(jī)編程的優(yōu)點(diǎn)：編程可以不使用機(jī)器人，可以騰出機(jī)器人去做其他工作

可預(yù)先優(yōu)化操作方案和運(yùn)行周期

以前完成的過程或子程序可結(jié)合到代編的程序中去，可以用傳感器探測外部信息，從而使機(jī)器人做出相應(yīng)的響應(yīng)。這種響應(yīng)使機(jī)器人可以在自適應(yīng)的方式下工作?？刂乒δ苤?，可以包含現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的信息?？梢杂妙A(yù)先運(yùn)行程序來模擬實(shí)際運(yùn)動，從而不會出現(xiàn)危險，以在屏幕上模擬機(jī)器人運(yùn)動來輔助編程。對不同的工作目的，只需替換一部分待定的程序，在非自適應(yīng)系統(tǒng)中，沒有外界環(huán)境的反饋，僅有的輸入是關(guān)節(jié)傳感器的測量值，從而可以使用簡單的程序設(shè)計(jì)手段。

對機(jī)器人的編程要求

能夠建立世界模型

能夠描述機(jī)器人的作業(yè)

能夠描述機(jī)器人的運(yùn)動

允許用戶規(guī)定執(zhí)行流程

有良好的編輯環(huán)境

機(jī)器人編輯語言的類型