📚 课程目录第3章 KAREL程序结构与语法基础

3. KAREL程序结构与语法基础

KAREL 是 FANUC 机器人控制器上用于编写自定义逻辑、通信协议、坐标运算和外围设备控制的强类型语言。它的程序文件不是“想到哪写到哪”的脚本，而是有固定骨架的编译单元。理解这个骨架，是后续写运动指令、处理 I/O、做离线计算的前提。一个 KAREL 源文件通常由程序头、声明区、执行体三大部分组成，常量与变量定义、数据类型选择、注释与命名规范则贯穿其中。

程序头：告诉控制器“这是什么程序”

程序头位于文件最上方，用 PROGRAM 关键字开始，后跟程序名，并以 END 结束整个程序。程序名必须与文件名一致（不区分大小写，但建议统一大写），且不能与系统保留字冲突。例如一个用于抓取工件并计算偏移量的程序，可以命名为 PICK_OFFSET：

PROGRAM PICK_OFFSET
-- 程序头：声明程序名称，必须与文件名 PICK_OFFSET.KL 一致

程序头之后、第一个可执行语句之前，是声明区。KAREL 要求所有常量、变量、类型、例程在使用前先声明，这与 C 语言类似，但语法更接近 Pascal。声明区不是可有可无的“注释区”，它决定了编译器如何分配内存、检查类型，也决定了程序能否通过编译。

声明区：常量、变量与类型定义

常量用 CONST 段声明，语法为 名称 = 值，值必须是编译期可确定的字面量或常量表达式。常量一旦定义，执行体中不能修改。例如定义安全高度和抓取偏移：

CONST
  SAFE_Z = 350.0        -- 安全高度，单位 mm
  GRIP_OFFSET = 12.5    -- 夹爪中心到法兰的偏移，单位 mm
  MAX_RETRY = 3         -- 最大重试次数

变量用 VAR 段声明，语法为 名称 : 类型，可同时声明多个同类型变量。KAREL 的基本数据类型包括：

INTEGER：32 位有符号整数，用于计数、索引、状态码；
REAL：浮点数，用于坐标、速度、偏移量等连续量；
BOOLEAN：TRUE 或 FALSE，用于条件判断和标志位；
STRING[n]：定长字符串，n 为最大字符数，用于名称、报文、日志；
XYZWPRELT：位置类型，包含 X、Y、Z、W、P、R 六个分量，是机器人运动的核心数据类型；
JOINTPOS：关节位置类型，包含各轴角度，用于关节运动；
POSITION：笛卡尔位置，通常与 XYZWPRELT 配合使用。

例如声明一组变量：

VAR
  retry_count : INTEGER
  current_pos : XYZWPRELT
  target_pos  : XYZWPRELT
  is_gripped  : BOOLEAN
  msg_buf     : STRING[80]

声明区还可以用 TYPE 定义自定义类型，例如把一组相关参数打包成结构体，便于传递和复用。KAREL 不支持任意嵌套的复杂结构，但支持数组和记录类型，足以表达大多数工程数据。

执行体：从 BEGIN 到 END 的语句序列

执行体以 BEGIN 开始，以 END 结束，中间是顺序执行的语句。KAREL 的语句以换行或分号分隔，赋值用 :=，条件用 IF...THEN...ELSE...ENDIF，循环用 FOR...ENDFOR 或 WHILE...ENDWHILE。下面是一个完整的、可编译的示例程序，它读取当前位置，计算带偏移的目标位置，并模拟抓取重试逻辑：

PROGRAM PICK_OFFSET
CONST
  SAFE_Z = 350.0
  GRIP_OFFSET = 12.5
  MAX_RETRY = 3
VAR
  retry_count : INTEGER
  current_pos : XYZWPRELT
  target_pos  : XYZWPRELT
  is_gripped  : BOOLEAN
BEGIN
  retry_count := 0
  is_gripped := FALSE
  -- 读取当前笛卡尔位置
  current_pos := CURPOS(0, 0)
  -- 在 Z 方向抬升到安全高度，并叠加夹爪偏移
  target_pos := current_pos
  target_pos.z := SAFE_Z + GRIP_OFFSET
  -- 重试循环：最多尝试 MAX_RETRY 次
  WHILE (retry_count < MAX_RETRY) AND (NOT is_gripped) DO
    retry_count := retry_count + 1
    -- 此处可插入实际抓取指令与传感器判断
    IF retry_count >= 2 THEN
      is_gripped := TRUE
    ENDIF
  ENDWHILE
  -- 输出结果到日志
  IF is_gripped THEN
    WRITE('Grip success after ', retry_count, ' attempts', CR)
  ELSE
    WRITE('Grip failed', CR)
  ENDIF
END PICK_OFFSET

这段代码展示了 KAREL 的典型结构：常量区给出不可变的工程参数，变量区声明运行期状态，执行体完成“读取—计算—判断—输出”的闭环。注意 CURPOS(0,0) 返回的是当前笛卡尔位置，参数含义与坐标系选择有关，实际使用时需根据控制器配置确认。

注释与代码规范

KAREL 使用 -- 作为行注释，从 -- 到行尾的内容都会被编译器忽略。注释应说明“为什么这样做”，而不是重复代码字面意思。例如 target_pos.z := SAFE_Z + GRIP_OFFSET 上方应注释“抬升到安全高度并补偿夹爪长度”，而不是“给 z 赋值”。

代码规范方面，建议遵循以下约定：程序名和常量名用大写加下划线，变量名用小写加下划线；每行只写一条语句；缩进统一用两个空格；BEGIN 与 END 对齐；复杂表达式拆成多行并加括号明确优先级。这些规范不会改变程序功能，但会显著降低后续排障和交接成本。

把上述结构记牢后，写 KAREL 程序时就不会出现“变量未声明”“类型不匹配”“END 缺失”这类低级编译错误。实际工程中，建议先在纸面或编辑器中把程序头、常量、变量、执行体四块列清楚，再逐段填充逻辑，这样比直接敲代码再反复编译要高效得多。