Robot Control Meta Language. Метаязык для роботов

73 Pages·2015·1.041 MB·

by  Сутормин Д. К., Тюлькин М. В.

Д. К. Сутормин, М. В. Тюлькин
Пермь, 2015
содержание
Введение.............................................................................................. 4
Предисловие...................................................................................... 5
1. Цели языка..................................................................................... 6
1.1. Получение одинакового результата, незави симо
от исполнения робота............................................................. 6
1.2. Создание условий для совместной работы ро­
ботов................................................................................................ 7
1.3. Значительное упрощение программирования
робота.......................................................................... 9
1.4. Оптимальный выбор робота для решения кон­
кретной задачи............................................................................ 10
1.5. Переключение робота между несколькими од­
новременными задачами........................................................ 11
2. Для кого этот язык.................................................................... 13
2.1. Производство и организации, использующие
роботов в своих задачах........................................................ 13
2.2. Инжиниринговые компании......................................... 13
2.3. Разработчики программного обеспечения
для роботов.................................................................................. 13
2.4. НИИ, лаборатории, разработчики алгоритм ов
и систем.......................................................................................... 13
2.5. Разработчики роботов................................................... 14
3. Установка и настройка компилятора и интер пре­
татора.................................................................................................... 15
3.1. Описание процесса подготовки программ на
RCML................................................................................................ 15
3.2. Установка и настройка компилятора и ин­
терпретатора RCML.................................................................. 16
3.3. Подробнее о модулях роботов................................... 17
3.4. Подробнее о модулях функций................................. 18
3.5. Подробнее о модулях управления........................... 19
3.6. Компиляция и запуск программы RCML................ 19
4. Основы построения программ на RCML......................... 21
4.1. Алфавит языка и специфика использования
символов........................................................................................ 21
4.2. Правила составления идентификаторов............ 21
4.3. Общая структура программ в RCML....................... 22
4.4. Включение дополнительных файлов RCML в
программу..................................................................................... 23
4.5. Функции.......................................................................... 24
4.6. Комментарии..................................................................... 25
4.7. Типы данных........................................................................ 25
4.7.1. Явные типы данных.............................................. 26
4.7.2. Неявные типы данных....................................... 26
2
4.8. Переменные........................................................................ 26
4.9. Выражения и операции................................................. 27
4.9.1. Математические операции.............................. 28
4.9.2. Логические операции....................................... 28
4.10. Преобразование типов данных................................ 29
4.11. Управляющие конструкции......................................... 29
4.11.1. Условные управляющие конструкции...... 29
4.11.2. Циклические управляющие конструк­
ции......................................................................................... 30
4.11.3. Прочие управляющие конструкции......... 30
4.12. Блоки операторов........................................................... 31
4.13. Исключения....................................................................... 31
4.14. Вызов функций................................................................ 34
4.15. Системные функции языка RCML............................ 34
5. Особенности взаимодействия программы с робо­
том.......................................................................................................... 37
5.1. Понятие робота в RCML................................................. 37
5.2. Использование робота в программе...................... 39
5.3. Вызов функции робота................................................. 39
5.4. Работа с конкретным экземпляром робота......... 40
5.5. Высвобождение задействованного робота......... 41
5.6. Указание режимов выполнения функций ро ­
бо тов................................................................................................ 42
5.7. Автоматический выбор робота.................................. 44
6. Режим ручного управления.................................................. 46
6.1. Общие сведения................................................................. 46
6.2. Принцип передачи значений....................................... 47
6.3. Рекомендации по выбору осей робота для ре­
жима ручного управления..................................................... 49
7. Написание собственных новых функций для робо­
тов........................................................................................................... 52
7.1. Написание функции для конкретного класса ро­
ботов................................................................................................ 52
7.2. Написание функции для нескольких классов
роботов......................................................................................... 53
8. Перечень зарезервированных ключевых слов
RCML...................................................................................................... 55
9. Синтаксическая карта языка RCML................................... 55
10. Создание собственных модулей для языка RCML 58
10.1. Модуль робота................................................................... 59
10.2. Модуль функций.............................................................. 66
10.3. Модуль управления........................................................ 67
10.4. Подробнее об уникальных идентификаторах
модулей......................................................................................... 69
11. Список принятых сокращений........................................... 71
3
Введение
Язык Robot Control Meta Language (далее RCML) явля­
ется языком программирования высокого уровня, позво­
ляющим абстрагироваться от аппаратной части робота,
что существенно упрощает описание действий робота или
группы роботов, выполняющих поставленную технологи­
ческую задачу.
Язык RCML имеет императивный стиль программиро­
вания, то есть программирование на данном языке на­
поминает приказы, которые отдаются в повелительной
форме. иными словами, просто обозначается последова­
тельность команд — алгоритм действий, предписанный к
выполнению роботу.
По синтаксису язык RCML близок к таким языкам как
C, Java и JavaScript, с целью обеспечить легкость перехо­
да для программистов с других языков.
Сама программа строится в процедурном стиле из под­
программ общего назначения и подпрограмм, специфич­
ных для конкретных роботов.
Для упрощения понимания взаимодействия программы
с роботом из языков, реализующих парадигму объектно­
ориентированного программирования, заимствован ряд
визуальных аспектов представления кода относительно
классов и объектов.
Стоит отметить, что язык RCML обладает более скуд­
ными возможностями описания программы по сравнению
с традиционными языками программирования, поскольку
основной своей целью имеет описание алгоритмов. И по­
тому он не противопоставляется традиционным языкам,
а, наоборот, имеет ряд точек ввода/вывода для установки
связи с программными продуктами, созданными с помо­
щью иных технологий через соответствующие программ­
ные интерфейсы (далее API).
4
Предисловие
Наиболее актуальную версию данной документации,
а также актуальные версии необходимого программного
обеспечения (далее ПО) можно найти на сайте проекта
Robot Control Technologies, в рамках которого разрабаты­
вается язык RCML:
http://robotct.ru
Данная книга рассчитана на программистов, людей так
или иначе знакомых с одним или несколькими языками
программирования, а потому содержит в себе только опи­
сания терминов и рекомендации, специфичные для языка
RCML, отличающие его от прочих языков программиро­
вания, предполагая, что читатель уже знаком с общепри­
нятыми терминами, принципами, методами и правилами в
данной профессиональной области.
5
1. Цели Языка
Язык RCML имеет следующие цели:
1. Получение одинакового результата, независимо от
исполнения робота.
2. Создание условий для совместной работы роботов.
3. Значительное упрощение программирования робота,
снижение порога входа в эту область.
4. Оптимальный выбор робота для решения конкрет­
ной задачи.
5. Переключение робота между несколькими одновре­
менными задачами.
1.1. Получение одинакового результата, независимо от
исполнения робота
Программист может не уделять внимание конструктив­
ным особенностям робота, характерным для продукции
разных производителей, всецело посвятив себя автомати­
зации его действий, опираясь на набор функциональных
возможностей, доступных для робота. Такой подход позво­
лит быстрее добиться автоматизации поставленной задачи.
Если функции робота не будут подвергаться изменениям,
то можно гарантировать стабильный результат, даже если
были произведены модификации робота или робот был за­
менён целиком.
На практике это дает ряд конкретных преимуществ
производству:
• можно приобретать роботов с одинаковым функцио­
налом у разных производителей, так как не потребуется
корректировки программного обеспечения для выполне­
ния конкретных задач;
• становится доступной модернизация роботов и даже 
их обновление без остановки производственного процес­
са, связанной с корректировкой основной программы под
новых роботов;
• обеспечение  преемственности  функциональных  воз-
мож ностей посредством языка RCML позволяет эффектив­
6
но перестраивать аппаратную базу, исходя из потребно­
стей технологического процесса, не останавливая произ­
водственный процесс;
• предоставляется возможность переносить программу 
между роботами, не подвергая её изменению, при условии,
что машины имеют одинаковые функциональные возмож­
ности.
Основным достоинством языка является доступ­
ность универсализации всех роботов, имеющих одинако­
вые функции. Неважно, где они сделаны: в Японии или в
США, теперь можно запрограммировать их для решения
кон кретной задачи, не учитывая конструктивные, про­
граммные и аппаратные особенности. Такая возможность
су щественно сокращает расходы на модернизацию и
адаптацию производства под новых роботов, в которой те ­
перь, при определённых условиях, отпадает необходи­
мость.
1.2. создание условий для совместной работы роботов
Если имеется возможность использовать несколько ро­
ботов для выполнения поставленной цели, то язык RCML
позволяет описать, как должен действовать тот или иной
робот по отношению к результату действий другого робо­
та. Такие возможности позволяют реализовывать следую­
щий ряд возникающих задач:
1. Синхронность — машины работают над выполнени­
ем какого­либо действия синхронно, в случае одинаковых
функциональных возможностей, также возможна синхро­
низация времени работы механизмов.
Примеры:
• один  робот  не  способен  переместить  груз,  в  таком 
случае обеспечивается перемещение объекта несколькими
машинами одновременно и синхронно;
• сбор элемента конструкции — роботы подносят раз­
ные детали, выполняя не идентичные действия, но при
этом работают абсолютно синхронно по времени;
7
• сужение кольца боевыми роботами при загоне цели; 
роботы начинают сближение синхронно, но каждый по
своей траектории или даже алгоритму, соответствующему
окружающим условиям.
Таким образом, обеспечивается слаженная работа не­
скольких роботов как единого целого. Роботы объединены
единой целью, при этом выполняемые действия могут быть
идентичными, асинхронными, но главное, что все они со­
гласованы с операциями, выполняемыми всеми роботами,
входящими в рабочую группу.
2. Выполнение роботами задач в асинхронном режиме,
что ускоряет производственный процесс, то есть проис­
ходит распределение задач между машинами. Это эффек­
тивно в задачах, где последовательность каких­то проме­
жуточных действий не важна.
Примеры:
• перемещение  механизмов  в  определённую  точку  к 
грузу — роботы не должны синхронно изменять расстоя­
ние до объекта, в отличие от примера с подъемом груза,
где им надо было поднимать груз, строго вместе коорди­
нируя усилие, так как в том случае асинхронность прово­
цирует дисбаланс;
• доставка деталей к месту сборки механизма — эле­
менты конструкции могут перемещаться в произвольном
порядке, а вот непосредственно сборка выполняется син­
хронно и слаженно.
Таким образом, удаётся заставить машины выполнять
конкретные задачи в произвольном порядке, например,
объявить общий сбор роботов, работающих в цехе. Не­
важно, в какой последовательности роботы прибудут в
указанную точку, также не обязательно их одновременное
прибытие. Идентичная ситуация с доставкой деталей для
сборки: задача роботов просто принести нужные элемен­
ты, последовательность не имеет значения.
3. Последовательность в действиях группы роботов —
машины выполняют задачи в строгой очерёдности, каждый
следующий приступает к работе после того, как предыду­
8
щий выполнит свою часть задачи. Актуальна такая систе­
ма в ситуации, когда действия роботов взаимозависимы,
и следующий не может начать работу, пока предыдущий
этап не будет выполнен. Также это востребовано в зада­
чах, где действия следующего робота должны зависеть от
результата действий предыдущего.
Примеры:
• укладка кабеля в траншею — один робот роет тран­
шею, а другой укладывает кабель, пока первый робот не
прокопает очередной метр траншеи, второй не сможет
проложить в этот же метр кабель;
• в  задачах  сборки  примером  может  быть  скрепле-
ние двух деталей болтом с гайкой: робот, навинчиваю­
щий гайку на болт, не должен приступать к выполнению
своей функции, пока другой робот не вставит болт в от­
верстие.
Программируя машины, таким образом, можно зало­
жить реакцию последующего робота на результат действий
предыдущего и менять алгоритм поведения в зависимости
от возникающих условий. Это очень удобная функция, по­
тому что роботы работают как части одного механизма,
взаимно дополняя друг друга.
1.3. значительное упрощение программирования ро­
бота
Программисту, чтобы составить рабочую программу,
больше нет нужды углубляться во все нюансы, касающи­
еся аппаратной или программной составляющей робота,
его марки, модели или производителя. Опираясь только на
предоставленное в надлежащей форме производителем
описание функционала робота, разработчик может писать
рабочие программы сразу для всех роботов, обладающих
необходимым ему функционалом, и быть уверенным в не­
изменности результата при использовании различных кон­
кретных роботов.
Примеры:
• сборка  конструкции  —  программист  задаёт  нужный
порядок действий, опираясь на функциональные возмож­
9