机器人离线编程的逻辑性分析

　　机器人编程【robot programming】为使机器人完成某种任务而设置的动作顺序描述。机器人运动和作业的指令都是由程序进行控制，常见的编制方法有两种，示教编程方法和离线编程方法。其中示教编程方法包括示教、编辑和轨迹再现，可以通过示教盒示教和导引式示教两种途径实现。由于示教方式实用性强，操作简便，因此大部分机器人都采用这种方式。

　　离线编程方法是利用计算机图形学成果，借助图形处理工具建立几何模型，通过一些规划算法来获取作业规划轨迹。与示教编程不同，离线编程不与机器人发生关系，在编程过程中机器人可以照常工作。

　　（1）示教编程

　　示教编程是指操作人员通过人工手动的方式，利用示教板移动机器人末端焊枪跟踪焊缝，适时记录焊件焊缝轨迹和焊接工艺参数，机器人根据记录信息采用逐点示教的方式再现焊接过程。这种逐点记录焊枪姿态再重现的方法需要操作人员充当外部传感的角色，机器人自身缺乏外部信息传感，灵活性较差，而且对于结构复杂的焊件，需要操作人员花费大量的时间进行示教，编程效率低。当焊接环境参数发生变化时，需要重新示教焊接过程，不能适应焊接对象和任务变化的场合，焊接精度差

　　（2）离线编程

　　离线编程采用部分传感技术，主要依靠计算机图形学技术，建立机器人工作模型，对编程结果进行三维图形学动画仿真以检测编程可靠性，最后将生成的代码传递给机器人控制柜控制机器人运行。与示教编程相比，离线编程可以减少机器人工作时间，结合CAD技术，简化编程。国外机器人离线编程技术研究成熟，各工业机器人产商都配有各自机器人专用的离线编程软件系统。比如abb的Robotstudio仿真编程软件，既可以做仿真分析又可以离线编程。离线编程能够构造模拟的焊接环境，依据工况条件，应用CAD技术构造相应的夹具、零件和工具的几何模型。但缺乏真实焊接环境的传感数据，所构造的几何模型对真实焊接目标也只是部分的描述，在焊接过程中必须做出偏差调节，因此离线编程难以描述真实的三维运动，不是特别可靠，在焊接过程中必须进行实时的偏差控制以满足焊接工艺的要求

　　（3）自主编程

　　自主编程技术是实现机器人智能化的基础。自主编程技术应用各种外部传感器使得机器人能够全方位感知真实焊接环境，识别焊接工作台信息，确定工艺参数。

　　自主编程技术无需繁重的示教，减少了机器人的工作时间和工人的劳动时间，也无需根据工作台信息实时对焊接过程中的偏差进行纠正，大大提高了机器人的自主性和适应性而成为未来机器人发展的趋势。

　　目前，常用的传感器有视觉传感器、超声波传感器、电弧传感器、接触式传感器等使机器人具备视觉、听觉和触觉等。

　　机器人的视觉传感器主要应用电荷藕合器件（CCD一一ChargedCoupledDevice）摄像机模拟人眼获取外部信息，具备与工件无接触、抗电磁干扰、检测精度高、获取信息丰富等优点。超声波传感器价格低廉、测距方向性好，但是超声波易受焊接噪声、保护气流因素的干扰而衰减，影响测量精度。电弧传感器则充分利用焊接过程的电弧参数对焊缝进行测量，不需要附加其他传感器就可以计算出焊枪与工件之间的距离，广泛应用于对称坡口焊缝如V型焊缝的焊接，对于复杂焊缝无良好检测能力。

　　接触式传感器依靠探针沿焊缝运动，检测探针的偏移得到焊枪与焊缝之间的偏差，传感器价格低廉、原理简单、方便实现。但是随着探针磨损和变形的加剧，检测精度逐步降低，对于复杂焊缝以及高速焊接场合检测能力一般。

　　对比而言，视觉传感器采集自然光焊缝图像、激光结构光图像和电弧光图像，激光传感器单色性好、亮度高，对焊接过程的视觉采集起到很好的辅助作用，对复杂焊缝检测能力良好。因此，具有视觉检测能力的焊接机器人更能适应环境变化，实现机器人智能化。