機器人離線編程技術(shù)淺析及未來展望

◆劉梓航

(石家莊二中)

隨著時代的發(fā)展，機械人被越來越多的企業(yè)認(rèn)可和接受，使用于工業(yè)生產(chǎn)的各個工序。為了讓機器人在工業(yè)生產(chǎn)中更好的發(fā)揮準(zhǔn)確及時、迅速高效的優(yōu)勢，軟件開發(fā)者展開了對機器人編程技術(shù)的相關(guān)研究。

一、機器人離線編程概述

機器人的離線編程技術(shù)在現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展中，具有操作簡便、智能化程度高、在線整定時間短等優(yōu)勢。其主要是利用計算機編程軟件，設(shè)計出工作現(xiàn)場，畫出機器人的幾何圖像，編制出機器人工作時的操作路線，然后控制機器人的圖像按設(shè)計好的操作步驟工作，再仿照真人的動作生成動畫效果。經(jīng)確定編程無誤后生成代碼，輸入機器人控制系統(tǒng)，通過控制機器人動作，完成生產(chǎn)任務(wù)。離線編程技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中安全性強、成本低、效率高。因此，受到各地企業(yè)的歡迎。

二、形成機器人離線編程技術(shù)的單元

機器人作為高自動化的機械設(shè)備，代替人工完成生產(chǎn)操作，其程序非常精細(xì)。首先要在機算上編制機器人的造型，并模仿真人動作對模型編制程序，再對程序效果進(jìn)行加工修改。整個離線編程過程，主要包括以下幾個單元：機器人系統(tǒng)CAD、仿真制作、程序編制、傳感器、后序處理。

1.CAD仿真技術(shù)的研究

機器人在工作時，像真人一樣完成生產(chǎn)過程中的許多操作步驟，這就需要機器人在空間有多個連桿，并且連桿運行自由靈活。因此，機器人離線編程不是一件簡單的事情，這需要把動力學(xué)和運動學(xué)完美的結(jié)合起來進(jìn)行研究設(shè)計，規(guī)劃出機器人的運行路線。

要把機械手做得形象逼真，還需要用CAD軟件設(shè)計幾何圖形，并把幾何圖像用動畫形式表現(xiàn)出來。然后，根據(jù)工作現(xiàn)場實際情況，模擬工作環(huán)境，在工作環(huán)境中想法避開障礙物和其它防礙機器人運行的問題。這樣，就可以避免機械手在實際操作中運行失敗，有效地降低試驗次數(shù)，縮短研發(fā)編程所用的時間。

2.圖形仿真

CAD仿真技術(shù)完成后，下一步是離線調(diào)制程序，也就是圖形仿真過程。在沒有機器人也沒有工作場地的情況下，在機算機里設(shè)計一個虛擬的工作環(huán)境，讓幾何圖像模仿機器人的動作完成操作任務(wù)。圖像仿真能直觀地展現(xiàn)出機器人的運行路線，也能暴露出機器人運行過程中的真實情形，優(yōu)勢、缺點展現(xiàn)的一清而楚。通過這個程序可以驗證離線編程的效果，整個過程復(fù)雜嚴(yán)密，用戶按照先后順序先編制出一個個單元程序，再將一個個單元連接起來形成整套的仿真圖形。然后在計算機內(nèi)讓仿真圖形模擬機器人在實際環(huán)境中進(jìn)行操作，整個過程通過三維效果表現(xiàn)出來，幾何圖形的運行和操作看起來和機器人一樣?？傊瑘D形仿真操作過程，將機器人的整個運行動作展示地淋漓盡致。

3.程序編制

圖形仿真結(jié)束后，進(jìn)入程序編制單元，就是用編程語言將機器人的動作、運行路線描述出來，加到機算機上控制機器人靈活地完成生產(chǎn)中的各項操作。有的機器人智能化程度比較高，這就需要使用適合于用戶的特殊語言來描述機器人的操作過程，然后通過程序控制完成高智能化的操作，達(dá)到機器人自動控制的目的。

4.傳感器

將機器人的離線編程推廣到工業(yè)生產(chǎn)中代替人工作業(yè)，傳感器的作用功不可滅。在仿真模型和機器人之間，總會存在著一些誤差，影響程序和系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性，而傳感器的功能可以減少兩者之間的差距，使仿真模行和機器人有機的結(jié)合起來，正確的完成操作任務(wù)，提高編程效率。在自然界中，有多種因素會干擾傳感器的信號，使得受傳感器驅(qū)動的機器人運動路線不受控制，因此建議：在離線編程時，建立傳感器模型，形成傳感器控制程序來控制著傳感器進(jìn)行仿真操作。

5.后置處理

完成編程后，進(jìn)入后置處理單元。在操作過程中，當(dāng)仿真效果達(dá)到機器人實際操作的條件后，就把這個程序轉(zhuǎn)變成機器人的控制程序及數(shù)字，指揮機器人完成生產(chǎn)線上規(guī)定的各種工作。由于機器人的控制柜形態(tài)各一，多種多樣，導(dǎo)致機器人的通用模塊設(shè)計起來難度較大，所以利用后置處理過程，把離線編程技術(shù)的成果編制成代碼，以便各種控制柜都可以接受，通過這種方法傳達(dá)發(fā)送各種操作命令。在操作中，仿真和機器人所用的控制數(shù)字不盡相同，因此后置處理完成兩套數(shù)據(jù)后即可分別供機器人的仿真模型使用。

三、未來發(fā)展展望

機器人在工業(yè)生產(chǎn)中代替人工操作，節(jié)約了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了企業(yè)的快速發(fā)展。但是，機器人在實際應(yīng)用中，常常受到環(huán)境因素的干擾，往往因為工作場所的遷移，導(dǎo)致機器人工作錯誤百出，給工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的麻煩。所以編制適應(yīng)多種環(huán)境的仿真效果，以便機器人隨時隨地都可以正確地完成生產(chǎn)操作任務(wù)，成為機器人開發(fā)應(yīng)用研究的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林義忠，劉慶國，徐俊，廖繼芳.工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機電一體化，2015，(11) ：8.

[2]鄭榮.機器人離線編程系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].產(chǎn)品與技術(shù)，2010，(05)：90.