機(jī)器人離線編程

1、機(jī)器人離線編程 1 課題背景 進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工 具， 它標(biāo)志著工業(yè)的現(xiàn)代化程度。近年來，隨著計(jì)算機(jī) 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(jī)器人技術(shù) 也得到了飛速發(fā)展。 機(jī)器人是一個(gè)可編程的機(jī)械裝置，其功能的靈活性和 智能性很大程度上決定于機(jī)器人的編程能力。由于機(jī)器人 應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和所完成任務(wù)復(fù)雜程度不斷增加，機(jī)器人 工作任務(wù)的編制已經(jīng)成為一個(gè)重要問題。 1 課題背景 機(jī)器人編程主要分為示教編程和離線編程。國(guó)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(diǎn)： 1) 機(jī)器人示教時(shí)，占用生產(chǎn)時(shí)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(duì)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(diǎn)， 為解決上述問題提出了可選方案。 1 課題背景 機(jī)器人離線編程系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的成果，建 立起機(jī)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(duì)圖形的控制和操作，在離線的情況下進(jìn)行軌跡 規(guī)劃。通過對(duì)編程結(jié)果進(jìn)行三維圖形動(dòng)畫仿真，以檢驗(yàn)編 程的正確性，最后將生成的代碼傳到機(jī)器人控制系統(tǒng)，以 控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，完成給定任務(wù)。 機(jī)器人離線編程系

3、統(tǒng)已被證明是一個(gè)有力的工具，可 以增加安全性，減少機(jī)器人不工作時(shí)間和降低成本。 機(jī) 器人離線編程系統(tǒng)是機(jī)器人編程語言的拓廣，通過該系統(tǒng) 可以建立機(jī)器人和CAD/CAM之間的聯(lián)系。 1.1 國(guó)外離線編程系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 國(guó)外自20世紀(jì)70年代便開始了機(jī)器人離線編程方面的 研究，美、德、法、日等國(guó)家的高校、研究所和企業(yè)對(duì)機(jī) 器人離線編程及其系統(tǒng)仿真方面進(jìn)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(guó)際市場(chǎng) 上應(yīng)用于PC機(jī)上成熟的商用軟件有IGRIP、RobCAD和 Robotworks等。IGRIP是交互式機(jī)器人圖形編程與仿真軟 件包，主要用于機(jī)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(diǎn)焊、噴涂和激光切割等，美 國(guó)福特、德國(guó)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(guó)內(nèi)離線編程系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 相比于國(guó)外離線編程系統(tǒng)的廣泛研究，國(guó)內(nèi)在離線編 程方面的研究稍顯不足，而且起步較晚。機(jī)器人學(xué)是個(gè)多 學(xué)科高度發(fā)展綜合的產(chǎn)物，我國(guó)在一些領(lǐng)域中的落后，使 得在機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展上遇到了很多障礙。此外，我國(guó)的 勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)狀況也是限制機(jī)器人廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要 因素。盡管如此，國(guó)內(nèi)的一些高校也各自對(duì)離線編程技術(shù) 進(jìn)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(guó)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(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)， 采用COM和ATL編程技術(shù)，從實(shí)用化角度出發(fā)，開發(fā)一個(gè) 功能較全的機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)。 南京理工大學(xué)在AutoCAD上進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)了弧 焊機(jī)器人離線編程系統(tǒng)，還分析了IGM弧焊機(jī)器人工作站 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開發(fā)了通用型IGM弧焊機(jī)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(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。北京工業(yè)大學(xué)在VC+開發(fā)平臺(tái) 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(jī)器人離線編程系統(tǒng)正朝著集成的方向前進(jìn)，其中包 含了多個(gè)領(lǐng)域中的多個(gè)學(xué)科，為推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā) 展，以下幾個(gè)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(jī)器人智能 化的提高，傳感器技術(shù)在機(jī)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(duì)多傳感器進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)多 傳感器的通訊，執(zhí)行基于多傳感器的操作。 2)錯(cuò)誤檢測(cè)和修復(fù)技術(shù)。系統(tǒng)執(zhí)行過程中發(fā)生錯(cuò)誤是 難免的應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)以監(jiān)視錯(cuò)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(jìn)一步研究，其包括路徑規(guī)劃、放 置規(guī)劃和微動(dòng)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(jì)算的復(fù)雜性。 4)通用有效的誤差標(biāo)定技術(shù)，以應(yīng)用于各種實(shí)際應(yīng)用 場(chǎng)合的機(jī)器人的標(biāo)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(jìn)行簡(jiǎn)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(jī)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(biāo)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(jī)器人控制程序 4 總結(jié) 從總體上看，工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)尚不成熟，國(guó) 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(guó)內(nèi)外許多大中型企業(yè)都裝備了自動(dòng)化加工 設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備與系統(tǒng)。同時(shí)，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(jī)器人編程中的有力工具。這些設(shè)備和系統(tǒng)為工業(yè)機(jī) 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(shí)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)參數(shù)