工业机器人三类编程方法详解

对工业机器人来说，主要有三类编程方法：在线编程、离线编程以及自主编程三类。在当前机器人的应用中，手工示教仍然应用于整个机器人领域，离线编程适合于结构化焊接环境，但对于轨迹复杂的三维焊缝，手工示教不但费时而且也难以满足精度要求，因此在视觉导引下由计算机控制机器人自主示教取代手工示教已成为发展趋势。

示教编程技术

在线示教编程通常由操作人员通过示教盒控制机械手工具末端到达指定的姿态和位置，记录机器人位姿数据并编写机器人运动指令，完成机器人在正常加工中的轨迹规划、位姿等关节数据信息的采集、记录，示教盒示教具有在线示教的优势，操作简便直观。

例如，采用机器人对汽车车身进行点焊，首先由操作人员控制机器人达到各个焊点对各个点焊轨迹通过人工示教，在焊接过程中通过示教再现的方式，再现示教的焊接轨迹，从而实现车身各个位置各个焊点的焊接。但在焊接中车身的位置很难保证每次都完全一样，故在实际焊接中，通常还需要增加激光传感器等对焊接路径进行纠偏和校正。

便于CAD/CAM系统结合，做到CAD/CAM/ROBOTICS一体化；可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程；便于修改机器人程序。

机器人离线编程是利用计算机图形学的成果，通过对工作单元进行三维建模，在仿真环境中建立与现实工作环境对应的场景，采用规划算法对图形进行控制和操作，在不使用实际机器人的情况下进行轨迹规划，进而产生机器人程序。

例如：下列产品为大众汽车模具的一部分，需要对其表面进行激光熔覆，由于表面较为复杂，采用人工示教方式确定路径无几可能，故采用离线编程软件进行解决。商业离线编程软件一般包括：几何建模功能、基本模型库、运动学建模功能、工作单元布局功能、路径规划功能、自动编程功能、多机协调编程与仿真功能。

自主编程技术

随着技术的发展，各种跟踪测量传感技术日益成熟，如焊接技术，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，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。

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。

基于增强现实的编程技术

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高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，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。

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