齐全的智能仓储分拣机器人，工业机器人离线编程与仿真软件 —— 未来趋势

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一、概述

以后机器人广泛应用于焊接、拆卸、搬运、喷漆及打磨等范畴，使命的复杂程度不休增长，而用户对产物的质量、服从的寻求愈来愈下。正在这类情势下，机器人的编程方法、编程服从跟质量显得愈来愈紧张。降低编程的难度跟工作量，进步编程服从，实现编程的自适应性，从而进步出产服从，是机器人编程技术开展的最终寻求。

本文将便机器人编程技术的开展作一先容，愿望能给读者带来一些开导。

两、编程技术的开展及使用环境

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对工业机器人来讲，次要有三类编程方式：在线编程、离线编程和自立编程三类。正在以后机器人的使用中，手工示教依然主宰着全部机器人焊接范畴，离线编程得当于结构化焊接情况，但关于轨迹庞大的三维焊缝，手工示教岂但费时并且也难以知足焊接精度要求，是以正在视觉扶引下由计算机控制机器人自立示教取代手工示教已成为发展趋势。

1.示教编程技术

在线示教编程平常由操纵职员经由过程示教盒节制机械手对象末尾达到指定的姿态跟地位，纪录机器人位姿数据并编写机器人运动指令，实现机器人正在畸形加工中的轨迹计划、位姿等枢纽数据信息的收罗、纪录。

示教盒示教存在在线示教的劣势，操纵轻便直观。如图1所示，示教盒次要有编程式跟遥感式两种。例如，采取机器人对汽车车身停止点焊，起首由操纵职员节制机器人到达各个焊点对各个点焊轨迹经由过程人工示教，正在焊接进程中经由过程示教再现的方法，再现示教的焊接轨迹，从而实现车身各个地位各个焊点的焊接。车身机器人点焊进程如图2所示。但正在焊接中车身的地位很难保障每次皆完整一样，故正在实际焊接中，平常借须要增长激光传感器等对焊接门路停止纠偏跟校订。

图1机器人示教盒

图2汽车车身机器人点焊

激光传感帮助示教正在空间摸索、水下施工、核电站修复等极限情况下，操作者不克不及身临现场，焊接使命的实现必需借助于遥控方法。情况的光照前提好，视觉信息不克不及完整天反应现场的环境，采取平面视觉作为视觉反应手腕，示教周期长。激光视觉传感可能获得焊缝表面信息，反应给机器人控制器及时调剂焊枪位姿跟踪焊缝。哈尔滨工业大学高洪明等提出了用于遥控焊接的激光视觉传感帮助遥控示教技巧，克制了基于平面视觉显现遥控示教的缺陷。经由过程激光视觉传感提取焊缝特点面作为示教点，进步了辨认精度，实现了对平面曲线焊缝跟庞大空间焊缝的遥控示教。

图3基于激光帮助示教的遥控操作系统

力觉传感帮助示教因为视觉偏差，平面视觉示教精度低，激光视觉传感可能获得焊缝表面信息，反应给机器人控制器及时调剂焊枪位姿跟踪焊缝。但也没法顺应一切遥控焊接情况，如工件概况形态对激光帮助示教有必然影响，不规则焊缝特点面提取难题，为此哈尔滨工业大学高洪明等提出了“遥控焊接力觉遥示教技巧”，采取力传感器对焊缝停止辨识，系统结构简略，成本低，反映灵敏度下，力觉传感与焊缝间接打仗，示教精度高。经由过程力觉遥示教焊缝辨识模子跟自适应控制模子，实现遥示教部分自适应控制，经由过程同享技巧跟视觉临场感实现人对遥控焊接遥示教微观全局监控。

专用工具帮助示教为了使得机器人正在三维空间示教进程更直观，一些帮助示教对象被引入在线示教进程，帮助示教对象包罗地位丈量单位跟姿态丈量单位，离别去丈量空间地位跟姿态。由两个手臂跟一个伎俩构成，有6个自由度，经由过程光电编码器去纪录每一个要害的角度。操纵时，由操纵职员手持该设备的伎俩，对加工门路停止示教，纪录下门路上每一个面的地位跟姿态，再经由过程坐标转换为机器人的加工门路值，实现示教编程，操纵轻便，精度高，没有须要操作者实际操作机器人，那对良多非专业的操纵职员来讲是十分便利的。

借助激光等安装停止帮助示教，进步了机器人利用的柔性跟灵活性，降低了操纵的难度，进步了机器人加工的精度跟服从，那正在良多场所是十分实用的。

2.离线编程技术

与在线编程比拟，离线编程存在以下优点：①削减停机的工夫，当对下一个使命停止编程时，机器人可仍正在生产线上事情。②使编程者阔别危险的事情情况，改良了编程情况。③利用范围广，可以对各类机器人停止编程，并能便利天实现优化编程。④便于跟CAD/CAM体系联合，做到CAD/CAM/ROBOTICS一体化。⑤可利用高等计算机编程语言对庞大使命停止编程。⑥便于点窜机器人顺序。

编程关键步骤机器人离线编程是利用计算机图形学的结果，经由过程对事情单位停止三维建模，正在仿真情况中树立与理想事情情况对应的场景，采取计划算法对图形停止节制跟操纵，正在没有利用实际机器人的环境下停止轨迹计划，进而发生机器人顺序。此中关键步骤如图4所示。图5为采取FANUC公司的Roboguide软件停止离线编程的一个实例。产物为群众汽车模具的一部分，须要对其概况停止激光熔覆，因为概况较为庞大，采取人工示教方法肯定门路几无能够，故采取离线编程软件停止办理。起首树立模具的CAD模子，和机器人跟模具之间的多少地位关联，然后依据特定的工艺停止轨迹计划跟离线编程仿真，确认无误后下载到机器人节制中履行，实践证明取得了较好的后果。

线编程中的关键步骤

图5基于Roboguide的离线编程跟仿真

贸易离线编程软件普通包罗:多少建模功用、根本模型库、运动学建模功用、事情单位结构功用、门路计划功用、自动编程功用、多机调和编程与仿真功用。现阶段市场上常用的离线编程软件有：加拿大RobotSimualTIon公司所开辟的Workspace离线编程软件；以色列TecnomaTIx公司所开辟开的ROBCAD离线编程软件；美国DenebRoboTIcs公司所开辟的IGRIP离线编程软件；ABB机器人公司开辟基于Windows操作系统的RobotStudio离线编程软件。

另外日本安川公司开辟了MotoSim离线编程软件，FANUC公司开辟了Roboguide离线编程软件，可对系统结构停止模拟，确认TCP的可达性，是不是过问，也可停止离线编程仿真，然后将离线编程的顺序仿真确认后下载到机器人中履行。

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现有离线编程软件与以后需要的差异因为离线编程没有占用机器人在线工夫，进步了设备利用率，同时离线编程技术本身是CAD/CAM一体化的组成部分，可以间接应用CAD数据库的信息，大大减少了编程工夫，那关于庞大使命是十分有用的。

但因为现阶段商业化的离线编程软件本钱较下，利用庞大，以是关于中小型机器人企业用户而言，软件的性价比不高。

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此外，现阶段市场上的离线编程软件借不一款可能完整笼罩离线编程的一切流程，而是几个环节自力存在。关于庞大布局的弧焊，离线编程环节中的门路标签树立、轨迹计划、工艺计划是十分冗杂耗时的。拥有数百条焊缝的车身要创立门路标签，为了保障地位精度跟适合的姿态，操纵职员能够要花费数周的工夫。只管像碰撞检测、结构计划跟耗时统计等功用已包括正在门路计划跟工艺计划中，但到目前为止，借不离线编程软件可能供给真正意思上的轨迹计划，而工艺计划则依赖于编程人员的工艺常识跟履历。

跟着技巧的开展，各类跟踪丈量传感技巧日趋成熟，人们起头研讨以焊缝的丈量信息为反应，由计算机控制焊接机器人停止焊接门路的自立示教技巧。

基于激光布局光的自立编程基于布局光的门路自立计划其原理是将布局光传感器装置正在机器人的末尾，造成“眼在手上”的事情方法，如图6所示，应用焊缝跟踪技巧逐点丈量焊缝的中间坐标，树立起焊缝轨迹数据库，正在焊接时作为焊枪的门路。

韩国PyunghyunKim将线布局光视觉传感器装置正在6自由度焊接机器人末尾，对结构化情况下的自由概况焊缝停止了自立示教。正在焊缝上树立了一个随焊缝轨迹挪动的坐标去抒发焊缝的地位跟标的目的，并与毗邻类型联合造成机器人焊接门路，此中借采取了3次样条函数对空间焊缝轨迹停止拟合，制止了通例的直线毗邻形成的偏差，如图7所示。

图7传感器扫描焊缝为获得焊接门路

基于双目视觉的自立编程基于视觉反应的自立示教是实现机器人门路自立计划的关键技术，其次要原理是：正在必然前提下，由主控计算机经由过程视觉传感器沿焊缝自动跟踪、收罗并辨认焊缝图象，计较出焊缝的空间轨迹跟方位，并按优化焊接要求自动天生机器人焊枪(Torch)的位姿参数。

多传感器信息融会自立编程有研讨职员采取力控制器，视觉传感器和位移传感器组成一个高精度自动门路天生体系。系统配置如图8所示，该系统集成了位移、力、视觉节制，引入视觉伺服，可以依据传感器反应信息去履行举措。该体系中机器人可能依据记号笔所绘制的线自动天生机器人门路，位移控制器用来连结机器人TCP面的位姿，视觉传感器用来使得机器人自动追随曲线，力传感器用来连结TCP面与工件概况距离恒定。

图8基于视觉、力跟地位传感器的门路自动天生体系

4.基于加强理想的编程技术

加强理想技巧源于虚拟现实技巧，是一种及时天计较摄像机影像的地位及角度并加上响应图象的技巧，这类技巧的方针是正在屏幕上把虚拟世界套正在理想世界并互动，加强理想技巧使得计算机发生的三维物体融会到理想场景中，增强了用户同理想世界的交互。将加强理想技巧用于机器人编程存在革命性意思。

加强理想技巧融会了真实的理想情况跟虚构的空间信息，它正在理想情况中施展了动画仿真的劣势并供给了理想情况与虚拟空间信息的交互通道。例如一台虚构的飞机荡涤机器人模子被使用于按比例缩小的飞机模子。节制虚构的机器人针对飞机模子沿着必然的轨迹运动，进而天生机器人顺序，之后对理想机器人停止标定跟编程。

基于加强理想的机器人编程技术可能正在虚拟环境中不真实工件模子的环境下停止机器人离线编程。因为可能将虚构机器人增添到理想情况中，以是当须要原位濒临的时间该技巧是一种十分无效的手腕，如许可能制止正在标定理想情况跟虚拟环境中能够碰着的技术难题。加强理想编程的架构如图9所示，由虚拟环境、操纵空间、使命计划和门路计划的虚构机器人仿真跟理想机器人验证等环节构成。

图9基于加强理想的机器人编程架构

基于加强理想的机器人编程技术可能施展离线编程技术的内涵劣势，好比削减机器人的停机工夫，安全性性好，操纵便当等。因为基于加强理想的机器人编程技术采取的战略是门路免碰撞、濒临水平可缩放，以是该技巧可以用于大型机器人的编程，而在线编程技术则难以做到。

三、编程技术的发展趋势

跟着视觉技巧、传感技巧，智能节制，收集跟信息技术和年夜数据等技巧的开展，将来的机器人编程技术将会产生基础的厘革，次要显示正在以下几个方面：①编程将会变得简略、快捷、可视、模拟跟仿真破等可见。②基于视觉、传感，信息跟年夜数据技巧，感知、辨识、重构情况跟工件等的CAD模子，自动获得加工门路的多少信息。③基于互联网技巧实现编程的网络化、近程化、可视化。④基于加强理想技巧实现离线编程跟真实场景的互动。⑤依据离线编程技术跟现场获得的多少信息自立计划加工门路、焊接参数并停止仿真确认。

总之，正在不远的未来，传统的在线示教编程将只正在很少的场所失掉使用，好比空间摸索、水下、核电等，而离线编程技术将会失掉进一步开展，并与CAD/CAM、视觉技巧、传感技巧，互联网、年夜数据、加强理想等技巧深度融会，自动感知、辨识跟重构工件跟加工门路等，实现门路的自立计划，自动纠偏跟自适应环境。

四、结语

在线编程方法简略易学，得当使用于复杂度低、工件多少外形简略的场所；离线编程方法得当加工使命庞大的场所，好比庞大的空间曲线、曲面等；而自立编程或帮助示教则大大提高了机器人的适应性，代表了编程技术的发展趋势。

正在将来，离线编程技术将会失掉进一步开展，并与CAD/CAM、视觉技巧、传感技巧，互联网、年夜数据、加强理想等技巧深度融会，自动感知、辨识跟重构工件跟加工门路等，实现门路的自立计划，自动纠偏跟自适应环境。

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