praca_magisterska/pytania/odpowiedzi/22-jezyki-programowania-robotow.md

Pytanie 22: Języki programowania robotów

Pytanie

"Omówić specjalizowane języki programowania robotów. Uwypuklić ich klasyfikację."

Przedmiot: ERPM (Elementy Robotyki i Projektowania Mechatronicznego)

---

📚 Odpowiedź główna

1. Klasyfikacja języków programowania robotów

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│               JĘZYKI PROGRAMOWANIA ROBOTÓW                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  POZIOM ABSTRAKCJI:                                             │
│                                                                 │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ TASK-LEVEL (Zadaniowy)                                  │   │
│  │ "Podnieś obiekt A i połóż na B"                        │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                              ↓                                  │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ ROBOT-LEVEL (Obiektowy)                                 │   │
│  │ move_to(position), grasp(), release()                  │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                              ↓                                  │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ MOTION-LEVEL (Ruchowy)                                  │   │
│  │ Trajektorie, interpolacja, kinematyka                  │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                              ↓                                  │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ SERVO-LEVEL (Napędowy)                                  │   │
│  │ Sterowanie silnikami, PID, momenty                     │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

---

2. Klasyfikacja wg metody programowania

Metoda	Opis	Przykłady
Online (Teach-in)	Programowanie przez demonstrację	Pendant, prowadzenie ręczne
Offline	Programowanie bez robota	Symulacja, CAD/CAM
Tekstowe	Kod źródłowy	RAPID, KRL, Karel
Graficzne	Bloki, flowcharty	Blockly, ROBOGUIDE

---

3. Języki producentów robotów przemysłowych

RAPID (ABB)

MODULE MainModule
  PROC main()
    MoveJ pHome, v1000, z50, tool1;
    MoveL pPick, v500, fine, tool1;
    GripClose;
    MoveL pPlace, v500, fine, tool1;
    GripOpen;
  ENDPROC
ENDMODULE

! MoveJ = ruch w przestrzeni złączy (Joint)
! MoveL = ruch liniowy (Linear)
! v500 = prędkość 500 mm/s
! fine/z50 = dokładność (fine = dokładnie)

KRL - KUKA Robot Language

DEF Pick_and_Place()
  PTP HOME
  LIN pPick
  GripperClose()
  LIN pPlace
  GripperOpen()
  PTP HOME
END

; PTP = Point-to-Point (ruch złączowy)
; LIN = ruch liniowy
; CIRC = ruch kołowy

Karel (FANUC)

PROGRAM pick_place
BEGIN
  MOVE TO home_pos
  MOVE TO pick_pos
  CLOSE HAND 1
  MOVE TO place_pos
  OPEN HAND 1
END pick_place

PDL2 (Comau)

PROGRAM main
BEGIN
  MOVE TO home_jnt
  MOVE LINEAR TO pick_point
  $DOUT[1] := ON   -- gripper
  MOVE LINEAR TO place_point
  $DOUT[1] := OFF
END main

---

4. Porównanie języków producentów

Cecha	RAPID (ABB)	KRL (KUKA)	Karel (FANUC)
Paradygmat	Proceduralny	Proceduralny	Proceduralny
Typy ruchów	MoveJ, MoveL, MoveC	PTP, LIN, CIRC	MOVE TO
Zmienne	VAR, PERS, CONST	DECL	VAR
I/O	SetDO, WaitDI	$OUT[], $IN[]	DOUT[], DIN[]
Wielozadaniowość	Tak (TASK)	Tak (SUBMIT)	Tak (TASK)

---

5. Języki uniwersalne i frameworki

ROS (Robot Operating System)

# Python + rospy
import rospy
from geometry_msgs.msg import Twist

rospy.init_node('robot_controller')
pub = rospy.Publisher('/cmd_vel', Twist, queue_size=10)

twist = Twist()
twist.linear.x = 0.5
twist.angular.z = 0.1
pub.publish(twist)

MoveIt (ROS)

# Planowanie ruchu manipulatora
import moveit_commander

move_group = moveit_commander.MoveGroupCommander("arm")
move_group.set_pose_target(target_pose)
plan = move_group.go(wait=True)

Orocos / RTT

// Real-Time Toolkit - C++
class MyComponent : public RTT::TaskContext {
  void updateHook() {
    // Pętla sterowania (deterministyczna)
  }
};

---

6. Języki graficzne

Narzędzie	Producent	Opis
RobotStudio	ABB	RAPID + symulacja 3D
KUKA.Sim	KUKA	KRL + symulacja
ROBOGUIDE	FANUC	Karel + symulacja
Blockly	Google	Programowanie wizualne (edukacja)
Scratch for Robots	MIT	Edukacja, LEGO, mBot

---

7. Klasyfikacja wg poziomu abstrakcji

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Task-Level:                                                     │
│   "Złóż produkt X z części A, B, C"                            │
│   → Planowanie automatyczne, AI                                │
│   Przykłady: STRIPS, PDDL, Behavior Trees                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Robot-Level:                                                    │
│   move_to(), pick(), place(), wait()                           │
│   → RAPID, KRL, Karel, Python+ROS                              │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Motion-Level:                                                   │
│   Trajektorie, splajny, kinematyka odwrotna                    │
│   → MoveIt, OMPL, IKFast                                       │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ Servo-Level:                                                    │
│   PID, sterowanie momentem, prądem                             │
│   → C/C++, FPGA, PLC (Ladder, ST)                              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

---

🧠 Mnemoniki

"RAPID = Robot Application Programming in Data":

Język ABB - MoveJ, MoveL, MoveC

"KRL = KUKA Robot Language":

PTP, LIN, CIRC

"ROS = Robot Operating System":

Middleware - topics, services, actions

"Od zadania do serwa: T-R-M-S":

Task → Robot → Motion → Servo

---

❓ Pytania dodatkowe

Q1: "Czym różni się ruch PTP od LIN?"

Odpowiedź: PTP (Point-to-Point) = ruch w przestrzeni złączy, najszybszy ale trajektoria TCP nieprzewidywalna. LIN (Linear) = ruch liniowy TCP, wolniejszy ale precyzyjna ścieżka. LIN wymaga rozwiązania kinematyki odwrotnej w każdym punkcie.

Q2: "Dlaczego każdy producent ma własny język?"

Odpowiedź: Historyczne (lata 80-90), integracja ze sterownikiem, optymalizacja dla konkretnego sprzętu, vendor lock-in. ROS próbuje to ujednolicić, ale nie dla real-time.

Q3: "Co to jest Teach Pendant?"

Odpowiedź: Przenośny panel do programowania online. Przyciski ruchu (jog), zapis punktów, edycja programu. Tryb manualny (bezpieczny) vs automatyczny.

---

🎯 Kluczowe punkty

1. Klasyfikacja: Online/Offline, Task/Robot/Motion/Servo level
2. Producenci: RAPID (ABB), KRL (KUKA), Karel (FANUC)
3. Uniwersalne: ROS + Python/C++, MoveIt
4. Graficzne: RobotStudio, ROBOGUIDE, Blockly

---

📖 Źródła

1. Siciliano, Khatib - "Springer Handbook of Robotics"
2. ABB RAPID Reference Manual
3. KUKA KRL Documentation
4. ROS Wiki - ros.org