工业机器人四种编程技术
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当前机器人广泛应用于焊接、装配、搬运、喷漆及打磨等领域，任务的复杂程度不断增加，而用户对产品的质量、效率的追求越来越高。在这种形式下，机器人的编程方式、编程效率和质量显得越来越重要。降低编程的难度和工作量，提高编程效率，实现编程的自适应性，从而提高生产效率，是机器人编程技术发展的终极追求。
下面小编将就机器人编程技术的发展作一介绍，希望能给大家带来一些启发。
图1 机器人示教盒
图2 汽车车身机器人点焊
图3 基于激光辅助示教的遥控操作系统
图4 离线编程中的关键步骤
图5 基于Roboguide的离线编程和仿真
现有离线编程软件与当前需求的差距
由于离线编程不占用机器人在线时间，提高了设备利用率，同时离线编程技术本身是CAD / CAM一体化的组成部分，可以直接利用CAD数据库的信息，大大减少了编程时间，这对于复杂任务是非常有用的。
但由于目前商业化的离线编程软件成本较高，使用复杂，所以对于中小型机器人企业用户而言，软件的性价比不高。
另外，目前市场上的离线编程软件还没有一款能够完全覆盖离线编程的所有流程，而是几个环节独立存在。对于复杂结构的弧焊，离线编程环节中的路径标签建立、轨迹规划、工艺规划是非常繁杂耗时的。拥有数百条焊缝的车身要创建路径标签，为了保证位置精度和合适的姿态，操作人员可能要花费数周的时间。尽管像碰撞检测、布局规划和耗时统计等功能已包含在路径规划和工艺规划中，但到目前为止，还没有离线编程软件能够提供真正意义上的轨迹规划，而工艺规划则依赖于编程人员的工艺知识和经验。
随着技术的发展，各种跟踪测量传感技术日益成熟，人们开始研究以焊缝的测量信息为反馈，由计算机控制焊接机器人进行焊接路径的自主示教技术。
基于激光结构光的自主编程
基于结构光的路径自主规划其原理是将结构光传感器安装在机器人的末端，形成“眼在手上”的工作方式，如图6所示，利用焊缝跟踪技术逐点测量焊缝的中心坐标，建立起焊缝轨迹数据库，在焊接时作为焊枪的路径。
图6 基于结构光的路径自主编程
韩国Pyunghyun Kim 将线结构光视觉传感器安装在 6 自由度焊接机器人末端，对结构化环境下的自由表面焊缝进行了自主示教。在焊缝上建立了一个随焊缝轨迹移动的坐标来表达焊缝的位置和方向，并与连接类型（搭接、对接、V 形）结合形成机器人焊接路径，其中还采用了 3 次样条函数对空间焊缝轨迹进行拟合，避免了常规的直线连接造成的误差，如图7所示。
图7 传感器扫描焊缝为获取焊接路径
基于双目视觉的自主编程
基于视觉反馈的自主示教是实现机器人路径自主规划的关键技术，其主要原理是：在一定条件下，由主控计算机通过视觉传感器沿焊缝自动跟踪、采集并识别焊缝图像，计算出焊缝的空间轨迹和方位（即位姿），并按优化焊接要求自动生成机器人焊枪(Torch)的位姿参数。
多传感器信息融合自主编程
有研究人员采用力控制器，视觉传感器以及位移传感器构成一个高精度自动路径生成系统。系统配置如图8所示，该系统集成了位移、力、视觉控制，引入视觉伺服，可以根据传感器反馈信息来执行动作。该系统中机器人能够根据记号笔所绘制的线自动生成机器人路径，位移控制器用来保持机器人T C P点的位姿，视觉传感器用来使得机器人自动跟随曲线，力传感器用来保持TCP点与工件表面距离恒定。
图8 基于视觉、力和位置传感器的路径自动生成系统
增强现实技术源于虚拟现实技术，是一种实时地计算摄像机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并互动，增强现实技术使得计算机产生的三维物体融合到现实场景中，加强了用户同现实世界的交互。将增强现实技术用于机器人编程具有革命性意义。
增强现实技术融合了真实的现实环境和虚拟的空间信息，它在现实环境中发挥了动画仿真的优势并提供了现实环境与虚拟空间信息的交互通道。例如一台虚拟的飞机清洗机器人模型被应用于按比例缩小的飞机模型。控制虚拟的机器人针对飞机模型沿着一定的轨迹运动，进而生成机器人程序，之后对现实机器人进行标定和编程。
基于增强现实的机器人编程技术（RPAR）能够在虚拟环境中没有真实工件模型的情况下进行机器人离线编程。由于能够将虚拟机器人添加到现实环境中，所以当需要原位接近的时候该技术是一种非常有效的手段，这样能够避免在标定现实环境和虚拟环境中可能碰到的技术难题。增强现实编程的架构如图9所示，由虚拟环境、操作空间、任务规划以及路径规划的虚拟机器人仿真和现实机器人验证等环节组成。
图9 基于增强现实的机器人编程架构
基于增强现实的机器人编程技术能够发挥离线编程技术的内在优势，比如减少机器人的停机时间，安全性性好，操作便利等。由于基于增强现实的机器人编程技术采用的策略是路径免碰撞、接近程度可缩放，所以该技术可以用于大型机器人的编程，而在线编程技术则难以做到。
①编程将会变得简单、快速、可视、模拟和仿真立等可见。
②基于视觉、传感，信息和大数据技术，感知、辨识、重构环境和工件等的CAD模型，自动获取加工路径的几何信息。
③基于互联网技术实现编程的网络化、远程化、可视化。
④基于增强现实技术实现离线编程和真实场景的互动。
⑤根据离线编程技术和现场获取的几何信息自主规划加工路径、焊接参数并进行仿真确认。
总之，在不远的将来，传统的在线示教编程将只在很少的场合得到应用，比如空间探索、水下、核电等，而离线编程技术将会得到进一步发展，并与CAD /CAM、视觉技术、传感技术，互联网、大数据、增强现实等技术深度融合，自动感知、辨识和重构工件和加工路径等，实现路径的自主规划，自动纠偏和自适应环境。
在线编程方式简单易学，适合应用于复杂度低、工件几何形状简单的场合；离线编程方式适合加工任务复杂的场合，比如复杂的空间曲线、曲面等；而自主编程或辅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。
在未来，离线编程技术将会得到进一步发展，并与CAD / CAM、视觉技术、传感技术，互联网、大数据、增强现实等技术深度融合，自动感知、辨识和重构工件和加工路径等，实现路径的自主规划，自动纠偏和自适应环境。
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来源：金属加工
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