機器人離線編程

1、機器人離線編程 1 課題背景 進入21世紀，機器人已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工 具， 它標志著工業(yè)的現(xiàn)代化程度。近年來，隨著計算機 技術(shù)、微電子技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù) 也得到了飛速發(fā)展。 機器人是一個可編程的機械裝置，其功能的靈活性和 智能性很大程度上決定于機器人的編程能力。由于機器人 應(yīng)用范圍的擴大和所完成任務(wù)復(fù)雜程度不斷增加，機器人 工作任務(wù)的編制已經(jīng)成為一個重要問題。 1 課題背景 機器人編程主要分為示教編程和離線編程。國內(nèi)制造 業(yè)目前仍主要采用示教-再現(xiàn)的編程方式。示教編程主要 有如下缺點： 1) 機器人示教時，占用生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)效率，提高生 產(chǎn)成本； 2) 操作者

2、工作環(huán)境和安全性差，工作中無可避免的粉塵、 輻射都危害人體健康，甚至還有一些極限工作環(huán)境如深水、 核輻射等對人體生命構(gòu)成威脅； 3) 缺乏柔性，在工況相似的情況下，無法利用相似程序， 仍需重新編程。 離線編程可以克服示教編程的不足，具有顯著的優(yōu)點， 為解決上述問題提出了可選方案。 1 課題背景 機器人離線編程系統(tǒng)是利用計算機圖形學(xué)的成果，建 立起機器人及其工作環(huán)境的幾何模型，再利用一些規(guī)劃算 法，通過對圖形的控制和操作，在離線的情況下進行軌跡 規(guī)劃。通過對編程結(jié)果進行三維圖形動畫仿真，以檢驗編 程的正確性，最后將生成的代碼傳到機器人控制系統(tǒng)，以 控制機器人運動，完成給定任務(wù)。 機器人離線編程系

3、統(tǒng)已被證明是一個有力的工具，可 以增加安全性，減少機器人不工作時間和降低成本。 機 器人離線編程系統(tǒng)是機器人編程語言的拓廣，通過該系統(tǒng) 可以建立機器人和CAD/CAM之間的聯(lián)系。 1.1 國外離線編程系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 國外自20世紀70年代便開始了機器人離線編程方面的 研究，美、德、法、日等國家的高校、研究所和企業(yè)對機 器人離線編程及其系統(tǒng)仿真方面進行了廣泛的研究，并已 研發(fā)出一些比較成熟的的離線編程系統(tǒng)。目前，國際市場 上應(yīng)用于PC機上成熟的商用軟件有IGRIP、RobCAD和 Robotworks等。IGRIP是交互式機器人圖形編程與仿真軟 件包，主要用于機器人工作單元布置、仿真及離線編程。

4、 RobCAD主要應(yīng)用于白車身點焊、噴涂和激光切割等，美 國福特、德國大眾、意大利菲亞特等多家汽車公司都應(yīng)用 該系統(tǒng)。 1.2 國內(nèi)離線編程系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 相比于國外離線編程系統(tǒng)的廣泛研究，國內(nèi)在離線編 程方面的研究稍顯不足，而且起步較晚。機器人學(xué)是個多 學(xué)科高度發(fā)展綜合的產(chǎn)物，我國在一些領(lǐng)域中的落后，使 得在機器人技術(shù)的發(fā)展上遇到了很多障礙。此外，我國的 勞動密集型產(chǎn)業(yè)狀況也是限制機器人廣泛應(yīng)用的一個重要 因素。盡管如此，國內(nèi)的一些高校也各自對離線編程技術(shù) 進行了一些研究，其中包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大 學(xué)、上海交通大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等。 1.2 國內(nèi)離線編程系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

5、 哈爾濱工業(yè)大學(xué)在SolidWorks平臺上進行二次開發(fā)， 采用COM和ATL編程技術(shù)，從實用化角度出發(fā)，開發(fā)一個 功能較全的機器人弧焊離線編程系統(tǒng)。 南京理工大學(xué)在AutoCAD上進行二次開發(fā)，開發(fā)了弧 焊機器人離線編程系統(tǒng)，還分析了IGM弧焊機器人工作站 的結(jié)構(gòu)特點，開發(fā)了通用型IGM弧焊機器人大型工作站離 線編程系統(tǒng)。 上海交通大學(xué)開發(fā)了基于PC的交互式三維可視化離 線編程和動態(tài)仿真系統(tǒng)。北京工業(yè)大學(xué)在VC+開發(fā)平臺 上自主開發(fā)一套離線編程與仿真系統(tǒng)。 2 關(guān)鍵技術(shù)和理論 機器人離線編程系統(tǒng)正朝著集成的方向前進，其中包 含了多個領(lǐng)域中的多個學(xué)科，為推動這項技術(shù)的進一步發(fā) 展，以下幾個方面

6、的技術(shù)是關(guān)鍵： 1)多傳感器融合技術(shù)的建模與仿真。隨著機器人智能 化的提高，傳感器技術(shù)在機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越重要。 因而需要在離線編程系統(tǒng)中對多傳感器進行建模，實現(xiàn)多 傳感器的通訊，執(zhí)行基于多傳感器的操作。 2)錯誤檢測和修復(fù)技術(shù)。系統(tǒng)執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤是 難免的應(yīng)對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測以監(jiān)視錯誤的發(fā)生， 并采用相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)。 2 關(guān)鍵技術(shù)和理論 3)各種規(guī)劃算法的進一步研究，其包括路徑規(guī)劃、放 置規(guī)劃和微動規(guī)劃等。規(guī)劃一方面要考慮到環(huán)境的復(fù)雜性、 連續(xù)和不確定性，另一方面又要充分注意計算的復(fù)雜性。 4)通用有效的誤差標定技術(shù)，以應(yīng)用于各種實際應(yīng)用 場合的機器人的標定。 5)具體應(yīng)用的

7、工藝支持。如弧焊，作為離線編程應(yīng)用 比較困難的領(lǐng)域，不止是姿態(tài)、軌跡的問題，而且需要更 多的工藝方面的研究以及相應(yīng)的專家系統(tǒng)。 3 離線編程過程 本次采用ROTSY進行簡單的離線編程，下面是離線編程的過程。 第一步：建立作業(yè)路徑 第二步：機器人建模 第三步：CAD模型轉(zhuǎn)換 第四步：導(dǎo)入作業(yè)路徑 第五步：建立末端執(zhí)行器模型和調(diào)整工具坐標系 第六步：調(diào)整作業(yè)路徑模型的位置 第七步：離線編程 第八步：作業(yè)仿真并生成作業(yè)軌跡 第九步：將作業(yè)仿真程序轉(zhuǎn)換為機器人控制程序 4 總結(jié) 從總體上看，工業(yè)機器人離線編程技術(shù)尚不成熟，國 內(nèi)外大都仍處于研究階段，只有其中的一些模塊已經(jīng)或正 在走向成熟。 近年來，國內(nèi)外許多大中型企業(yè)都裝備了自動化加工 設(shè)備和計算機輔助設(shè)備與系統(tǒng)。同時，成熟的CAD CAM技術(shù)以其高效便捷的建模手段和集成技術(shù)，使之成為 工業(yè)機器人編程中的有力工具。這些設(shè)備和系統(tǒng)為工業(yè)機 器人的離線編程技術(shù)的研究和推廣提供了基本的軟件和硬 件條件，使離線編程的實用化通用化成為可能。 4 總結(jié) 從發(fā)展上來看，離線編程系統(tǒng)正朝著智能化、專用化 的方向發(fā)展，用戶操作越來越簡單方便，并且快速生成控 制程序。在某些具體的應(yīng)用領(lǐng)域甚至可以實現(xiàn)參數(shù)