工业机器人编程有哪几种？

工业机器人编程有哪几种？对于工业机器人，主要有三种编程方法：在线编程、离线编程和独立编程。在当前机器人的应用中，手工教学仍主导着整个机器人焊接领域，离线编程适合结构化焊接环境，但对于复杂的三维焊缝，手工教学不仅耗时，而且难以满足焊接精度的要求，因此在视觉指导下，计算机控制机器人独立教学取代手工教学已成为一种发展趋势。

1.示教编程技术

（1）在线教学编程通常由操作人员通过教学盒控制机械手工具的末端到达指定的姿势和位置，记录机器人位置数据，编写机器人运动指令，完成正常加工中机器人轨迹规划、位置等关节数据信息的收集和记录。

示教盒具有在线示教的优点，操作简单直观。示教盒主要有编程式和遥感式两种。例如，使用机器人对汽车车身进行点焊。首先，操作人员控制机器人，通过人工示教，再现焊接过程中的焊接轨迹，实现车身各位置各焊点的焊接。但在焊接过程中，很难保证车身的位置每次都完全相同。因此，在实际焊接中，通常需要增加激光传感器来纠正焊接路径。

(2)激光传感辅助示教

在空间探索、水下施工、核电站维修等极端环境下，操作人员不能进入现场，焊接任务的完成必须依靠遥控方法。环境光照条件差，视觉信息不能完全反馈现场情况，采用三维视觉作为视觉反馈手段，教学周期长。激光视觉传感可获得焊缝轮廓信息，反馈给机器人控制器，实时调整焊枪位置，跟踪焊缝。哈尔滨理工大学高洪明提出了远程焊接激光视觉传感辅助远程教学技术，克服了基于三维视觉显示远程教学的缺点。通过激光视觉传感提取焊缝特征作为教学点，提高识别精度，实现平面曲线焊缝和复杂空间焊缝的远程教学（见图3）。

(3)力感传感辅助示教

由于视觉误差，三维视觉教学精度低，激光视觉传感器可获得焊缝轮廓信息，反馈机器人控制器实时调整焊枪位置跟踪焊缝。然而，它不能适应所有的遥控焊接环境。例如，工件的表面状态对激光辅助教学有一定的影响，很难提取不规则的焊缝特征点。为此，哈尔滨理工大学高洪明提出了这一建议“遥控焊接力”，采用力传感器识别焊缝，系统结构简单，成本低，反应灵敏度高，力传感器与焊缝直接接触，教学精度高。通过力感远程教学焊缝识别模型和自适应控制模型，实现远程教学的局部自适应控制，通过共享技术和视觉现场感实现远程焊接远程教学的宏观全球监控。

(4)专用工具辅助示教

为了使机器人在三维空间中的教学过程更加直观，一些辅助教学工具被引入在线教学过程，包括位置测量单元和姿态测量单元，分别测量空间的位置和姿势。它由两个手臂和一个手腕组成，有六个自由度，通过光电编码器记录每个关键角度。操作时，操作人员手持设备手腕，教加工路径，记录路径上各点的位置和姿态，然后通过坐标转换为机器人加工路径值，实现教学编程，操作简单，精度高，无需操作人员实际操作机器人，对许多非专业操作人员非常方便。

借助激光等置的帮助下，提高了机器人的灵活性，降低了操作难度，提高了机器人加工的精度和效率，在许多场合非常实用。

2.离线编程技术

与在线编程相比，离线编程具有以下优点：

①减少停机时间，在编程下一个任务时，机器人仍然可以在生产线上工作。

②使编程者远离危险的工作环境，改善编程环境。

③应用范围广，可编程各种机器人，并能方便地实现编程优化。

④便于和CAD/CAM系统结合，做到CAD/CAM/ROBOTICS一体化。

⑤复杂任务可以用高级计算机编程语言编程。

⑥机器人程序易于修改。

（1）机器人离线编程的关键步骤是利用计算机图形学的结果，通过三维建模工作单元，在模拟环境中建立与真实工作环境相对应的场景，使用计划算法控制和操作图形，不使用实际机器人进行轨迹规划，然后生成机器人程序。使用FANUC公司的Roboguide软件离线编程的一个例子。产品是大众汽车模具的一部分，需要激光熔覆其表面。由于表面复杂，很难通过人工教学来确定路径，因此使用离线编程软件来解决。首先建立模具CAD模型，以及机器人与模具之间的几何位置关系，然后根据特定工艺进行轨迹规划和离线编程模拟，确认后下载到机器人控制，实践证明取得了良好的效果。

（2）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、多机协调编程和仿真功能。

第三方离线编程(国内):RobotArtRobotMaster，RobotWorks，Robomove，RobotCAD，DELMIA

机器人制造商(国外):（ABB）RobotStudio，（发那科）RoboGuide，（库卡）KUKASim，（安川）MotoSim

模拟系统布局，确认TCP离线编程是否干扰，也可以进行离线编程仿真，然后将离线编程的程序仿真确认后下载到机器人中执行。

3.自主编程技术

随着技术的发展，各种跟踪测量传感技术越来越成熟，人们开始研究以焊缝测量信息为反馈计算机控制焊接机器人进行焊接路径的独立教学技术。

（1）基于激光结构光的自主编程基于结构光的路径自主规划。其原理是在机器人末端安装结构光传感器，形成“眼在手上”采用焊缝跟踪技术逐点测量焊缝的中心坐标，建立焊缝轨迹数据库，作为焊枪的路径。

韩国PyunghyunKim线路结构光视觉传感器安装在6自由度焊接机器人的末端，对结构环境下的自由表面焊缝进行独立教学。在焊缝上建立一个随焊缝轨迹移动的坐标，以表达焊缝的位置和方向，并与连接类型（搭接、对接、V形状)结合形成机器人焊接路径，采用三个样条函数拟合空间焊接轨迹，避免了传统直线连接造成的误差

（2）基于双目视觉的自主编程和基于视觉反馈的自主教学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，主控计算机通过视觉传感器自动跟踪焊缝，收集和识别焊缝图像，计算焊缝的空间轨迹和位置（即位置），根据优化焊接要求自动生成机器人焊枪(Torch)位置参数。

（3）多传感器信息集成独立编程。研究人员使用力控制器、视觉传感器和位移传感器来形成一个高精度的自动路径生成系统。，该系统集成了位移、力、视觉控制、引入视觉伺服，可根据传感器反馈信息执行。该系统中的机器人可以根据记号笔绘制的线自动生成机器人路径，位移控制器用于

目前，机器人广泛应用于焊接、装配、搬运、油漆、抛光等领域，任务的复杂性越来越高，用户对产品质量和效率的追求也越来越高。在这种形式下，机器人的编程方法、编程效率和质量变得越来越重要。降低编程难度和工作量，提高编程效率，实现编程自适应性，提高生产效率是机器人编程技术发展的终极追求。