工業(yè)機(jī)器人常用四種編程技術(shù)
【聯(lián)為機(jī)器人lwznjy.com】當(dāng)前機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接、裝配、搬運、噴漆及打磨等領(lǐng)域，任務(wù)的復(fù)雜程度不斷增加，而用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量、效率的追求越來越高。在這種形式下，機(jī)器人的編程方式、編程效率和質(zhì)量顯得越來越重要。降低編程的難度和工作量，提高編程效率，實現(xiàn)編程的自適應(yīng)性，從而提高生產(chǎn)效率，是機(jī)器人編程技術(shù)發(fā)展的終極追求。下面就機(jī)器人編程技術(shù)的發(fā)展作一介紹，希望能給大家?guī)硪恍﹩l(fā)。
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現(xiàn)有離線編程軟件與當(dāng)前需求的差距
由于離線編程不占用機(jī)器人在線時間，提高了設(shè)備利用率，同時離線編程技術(shù)本身是CAD / CAM一體化的組成部分，可以直接利用CAD數(shù)據(jù)庫的信息，大大減少了編程時間，這對于復(fù)雜任務(wù)是非常有用的。
但由于目前商業(yè)化的離線編程軟件成本較高，使用復(fù)雜，所以對于中小型機(jī)器人企業(yè)用戶而言，軟件的性價比不高。
另外，目前市場上的離線編程軟件還沒有一款能夠完全覆蓋離線編程的所有流程，而是幾個環(huán)節(jié)獨立存在。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的弧焊，離線編程環(huán)節(jié)中的路徑標(biāo)簽建立、軌跡規(guī)劃、工藝規(guī)劃是非常繁雜耗時的。擁有數(shù)百條焊縫的車身要創(chuàng)建路徑標(biāo)簽，為了保證位置精度和合適的姿態(tài)，操作人員可能要花費數(shù)周的時間。盡管像碰撞檢測、布局規(guī)劃和耗時統(tǒng)計等功能已包含在路徑規(guī)劃和工藝規(guī)劃中，但到目前為止，還沒有離線編程軟件能夠提供真正意義上的軌跡規(guī)劃，而工藝規(guī)劃則依賴于編程人員的工藝知識和經(jīng)驗。
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自主編程技術(shù)
隨著技術(shù)的發(fā)展，各種跟蹤測量傳感技術(shù)日益成熟，人們開始研究以焊縫的測量信息為反饋，由計算機(jī)控制焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接路徑的自主示教技術(shù)。
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基于激光結(jié)構(gòu)光的自主編程
基于結(jié)構(gòu)光的路徑自主規(guī)劃其原理是將結(jié)構(gòu)光傳感器安裝在機(jī)器人的末端，形成“眼在手上”的工作方式，利用焊縫跟蹤技術(shù)逐點測量焊縫的中心坐標(biāo)，建立起焊縫軌跡數(shù)據(jù)庫，在焊接時作為焊槍的路徑。
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韓國Pyunghyun Kim 將線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器安裝在 6 自由度焊接機(jī)器人末端，對結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的自由表面焊縫進(jìn)行了自主示教。在焊縫上建立了一個隨焊縫軌跡移動的坐標(biāo)來表達(dá)焊縫的位置和方向，并與連接類型（搭接、對接、V 形）結(jié)合形成機(jī)器人焊接路徑，其中還采用了 3 次樣條函數(shù)對空間焊縫軌跡進(jìn)行擬合，避免了常規(guī)的直線連接造成的誤差。
基于雙目視覺的自主編程
基于視覺反饋的自主示教是實現(xiàn)機(jī)器人路徑自主規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)，其主要原理是：在一定條件下，由主控計算機(jī)通過視覺傳感器沿焊縫自動跟蹤、采集并識別焊縫圖像，計算出焊縫的空間軌跡和方位（即位姿），并按優(yōu)化焊接要求自動生成機(jī)器人焊槍(Torch)的位姿參數(shù)。
多傳感器信息融合自主編程
有研究人員采用力控制器，視覺傳感器以及位移傳感器構(gòu)成一個高精度自動路徑生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了位移、力、視覺控制，引入視覺伺服，可以根據(jù)傳感器反饋信息來執(zhí)行動作。該系統(tǒng)中機(jī)器人能夠根據(jù)記號筆所繪制的線自動生成機(jī)器人路徑，位移控制器用來保持機(jī)器人T C P點的位姿，視覺傳感器用來使得機(jī)器人自動跟隨曲線，力傳感器用來保持TCP點與工件表面距離恒定。
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基于增強(qiáng)現(xiàn)實的編程技術(shù)
增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)源于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種實時地計算攝像機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬n世界套在現(xiàn)實世界并互動，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)使得計算機(jī)產(chǎn)生的三維物體融合到現(xiàn)實場景中，加強(qiáng)了用戶同現(xiàn)實世界的交互。將增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)用于機(jī)器人編程具有革命性意義。
增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)融合了真實的現(xiàn)實環(huán)境和虛擬的空間信息，它在現(xiàn)實環(huán)境中發(fā)揮了動畫仿真的優(yōu)勢并提供了現(xiàn)實環(huán)境與虛擬空間信息的交互通道。例如一臺虛擬的飛機(jī)清洗機(jī)器人模型被應(yīng)用于按比例縮小的飛機(jī)模型。控制虛擬的機(jī)器人針對飛機(jī)模型沿著一定的軌跡運動，進(jìn)而生成機(jī)器人程序，之后對現(xiàn)實機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)定和編程。
基于增強(qiáng)現(xiàn)實的機(jī)器人編程技術(shù)（RPAR）能夠在虛擬環(huán)境中沒有真實工件模型的情況下進(jìn)行機(jī)器人離線編程。由于能夠?qū)⑻摂M機(jī)器人添加到現(xiàn)實環(huán)境中，所以當(dāng)需要原位接近的時候該技術(shù)是一種非常有效的手段，這樣能夠避免在標(biāo)定現(xiàn)實環(huán)境和虛擬環(huán)境中可能碰到的技術(shù)難題。增強(qiáng)現(xiàn)實編程的架構(gòu)如圖9所示，由虛擬環(huán)境、操作空間、任務(wù)規(guī)劃以及路徑規(guī)劃的虛擬機(jī)器人仿真和現(xiàn)實機(jī)器人驗證等環(huán)節(jié)組成。
基于增強(qiáng)現(xiàn)實的機(jī)器人編程技術(shù)能夠發(fā)揮離線編程技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢，比如減少機(jī)器人的停機(jī)時間，安全性性好，操作便利等。由于基于增強(qiáng)現(xiàn)實的機(jī)器人編程技術(shù)采用的策略是路徑免碰撞、接近程度可縮放，所以該技術(shù)可以用于大型機(jī)器人的編程，而在線編程技術(shù)則難以做到。
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編程技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著視覺技術(shù)、傳感技術(shù)，智能控制，網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，未來的機(jī)器人編程技術(shù)將會發(fā)生根本的變革， 主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
①編程將會變得簡單、快速、可視、模擬和仿真立等可見。
②基于視覺、傳感，信息和大數(shù)據(jù)技術(shù)，感知、辨識、重構(gòu)環(huán)境和工件等的CAD模型，自動獲取加工路徑的幾何信息。
③基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)編程的網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、可視化。
④基于增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)離線編程和真實場景的互動。
⑤根據(jù)離線編程技術(shù)和現(xiàn)場獲取的幾何信息自主規(guī)劃加工路徑、焊接參數(shù)并進(jìn)行仿真確認(rèn)。
總之，在不遠(yuǎn)的將來，傳統(tǒng)的在線示教編程將只在很少的場合得到應(yīng)用，比如空間探索、水下、核電等，而離線編程技術(shù)將會得到進(jìn)一步發(fā)展，并與CAD /CAM、視覺技術(shù)、傳感技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實等技術(shù)深度融合，自動感知、辨識和重構(gòu)工件和加工路徑等，實現(xiàn)路徑的自主規(guī)劃，自動糾偏和自適應(yīng)環(huán)境。
在線編程方式簡單易學(xué)，適合應(yīng)用于復(fù)雜度低、工件幾何形狀簡單的場合；離線編程方式適合加工任務(wù)復(fù)雜的場合，比如復(fù)雜的空間曲線、曲面等；而自主編程或輔助示教則大大提高了機(jī)器人的適應(yīng)性，代表了編程技術(shù)的發(fā)展趨勢。
在未來，離線編程技術(shù)將會得到進(jìn)一步發(fā)展，并與CAD / CAM、視覺技術(shù)、傳感技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實等技術(shù)深度融合，自動感知、辨識和重構(gòu)工件和加工路徑等，實現(xiàn)路徑的自主規(guī)劃，自動糾偏和自適應(yīng)環(huán)境。
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