「技術」工業機器人離線編程的邏輯性分析

工業機器人編程為使機器人完成某種任務而設置的動作順序描述。機器人運動和作業的指令都是由程序進行控制，常見的編制方法有兩種，示教編程方法和離線編程方法。其中示教編程方法包括示教、編輯和軌跡再現，可以通過示教盒示教和導引式示教兩種途徑實現。由於示教方式實用性強，操作簡便，因此大部分工業機器人都採用這種方式。
離線編程方法是利用計算機圖形學成果，藉助圖形處理工具建立幾何模型，通過一些規劃算法來獲取作業規劃軌跡。與示教編程不同，離線編程不與工業機器人發生關係，在編程過程中工業機器人可以照常工作。

（1）示教編程
示教編程是指操作人員通過人工手動的方式，利用示教板移動機器人末端焊槍跟蹤焊縫，適時記錄焊件焊縫軌跡和焊接工藝參數，工業機器人根據記錄信息採用逐點示教的方式再現焊接過程。這種逐點記錄焊槍姿態再重現的方法需要操作人員充當外部傳感的角色，工業機器人自身缺乏外部信息傳感，靈活性較差，而且對於結構複雜的焊件，需要操作人員花費大量的時間進行示教，編程效率低。當焊接環境參數發生變化時，需要重新示教焊接過程，不能適應焊接對象和任務變化的場合，焊接精度差
（2）離線編程
離線編程採用部分傳感技術，主要依靠計算機圖形學技術，建立機器人工作模型，對編程結果進行三維圖形學動畫仿真以檢測編程可靠性，最後將生成的代碼傳遞給機器人控制櫃控制機器人運行。與示教編程相比，離線編程可以減少機器人工作時間，結合CAD技術，簡化編程。國外工業機器人離線編程技術研究成熟，各工業機器人產商都配有各自機器人專用的離線編程軟件系統。比如ABB的Robotstudio仿真編程軟件，既可以做仿真分析又可以離線編程。離線編程能夠構造模擬的焊接環境，依據工況條件，應用CAD技術構造相應的夾具、零件和工具的幾何模型。但缺乏真實焊接環境的傳感數據，所構造的幾何模型對真實焊接目標也只是部分的描述，在焊接過程中必須做出偏差調節，因此離線編程難以描述真實的三維運動，不是特別可靠，在焊接過程中必須進行實時的偏差控制以滿足焊接工藝的要求

（3）自主編程
自主編程技術是實現工業機器人智能化的基礎。自主編程技術應用各種外部傳感器使得工業機器人能夠全方位感知真實焊接環境，識別焊接工作臺信息，確定工藝參數。
自主編程技術無需繁重的示教，減少了工業機器人的工作時間和工人的勞動時間，也無需根據工作臺信息實時對焊接過程中的偏差進行糾正，大大提高了機器人的自主性和適應性而成為未來機器人發展的趨勢。

目前，常用的傳感器有視覺傳感器、超聲波傳感器、電弧傳感器、接觸式傳感器等使機器人具備視覺、聽覺和觸覺等。
工業機器人的視覺傳感器主要應用電荷藕合器件，攝像機模擬人眼獲取外部信息，具備與工件無接觸、抗電磁干擾、檢測精度高、獲取信息豐富等優點。超聲波傳感器價格低廉、測距方向性好，但是超聲波易受焊接噪聲、保護氣流因素的干擾而衰減，影響測量精度。電弧傳感器則充分利用焊接過程的電弧參數對焊縫進行測量，不需要附加其他傳感器就可以計算出焊槍與工件之間的距離，廣泛應用於對稱坡口焊縫如V型焊縫的焊接，對於複雜焊縫無良好檢測能力。

接觸式傳感器依靠探針沿焊縫運動，檢測探針的偏移得到焊槍與焊縫之間的偏差，傳感器價格低廉、原理簡單、方便實現。但是隨著探針磨損和變形的加劇，檢測精度逐步降低，對於複雜焊縫以及高速焊接場合檢測能力一般。
對比而言，視覺傳感器採集自然光焊縫圖像、激光結構光圖像和電弧光圖像，激光傳感器單色性好、亮度高，對焊接過程的視覺採集起到很好的輔助作用，對複雜焊縫檢測能力良好。因此，具有視覺檢測能力的焊接機器人更能適應環境變化，實現機器人智能化。