揭开机器人离线编程的神秘面纱

尽管离线编程（OLP）已经走过了漫长的道路，但对它的误解仍然存在。在焊接行业中，许多机器人编程仍然需要在教学挂件上手动逐点完成，无比繁琐。许多人还记得机器人技术的发展历史，这些机器人承诺的太多，但实际上却无法实现。梦想家和实干家一直在努力超越期望。

仿真和离线编程软件也在逐步发展并变得更智能、更快速、更灵活、更可靠。这是一个崇尚易用性的新时代，离线编程软件供应商正逐步揭开机器人技术的神秘面纱。

大多数仿真和离线编程解决方案提供商会告诉你，这不是一个非此即彼的选择，仿真和离线编程可以齐头并进。不过这并不代表二者可以互换使用，你可以在没有离线编程的情况下进行仿真，但是如果没有仿真，则无法使用离线编程。

图1：离线编程软件利用机器人运动学、外轴和工件定位器的校准数据来精确仿真机器人焊接过程。图片来源：Cenit公司

机器人仿真是机器人单元或生产线的三维表示。它直观地演示了机器人如何沿着设定的路径或轨迹从一个XYZ坐标移动到另一个XYZ坐标。它可以包括多个安装在外轴上的机器人，可以与多轴工件定位器配合使用，也可以在装配线上进行协调。然而，所有这些运动和计划都会变得更复杂。

“许多购买机器人的客户认为，它的行为就像计算机数控（CNC）。事实并非如此。”RoboDK公司首席执行官AlbertNubiola说道。“CNC编程很容易。工作空间已正确定义。它就像一个立方体。”然而，机器人有一个球形工作空间，并且由于关节的限制和机器人奇点（机器人运动在数学上无法预测的点），有些类型的运动是你无法做到的。离线编程有助于避免在为机器人编程时出错。

在机器人加工中，可能有成百上千个点，Nubiola继续说道，“没有人能使用教学挂件逐点编程。你肯定需要软件才能进行离线编程。”

仿真可用于概念验证，例如机器人集成商的销售工具，以演示机器人系统如何运行。通过仿真，用户可以检测机器人、工具、固定装置和任何安全栅栏之间可能发生的冲突。

仿真可以分析关节限制、奇点和范围问题。此外，它可以揭示一系列令人瞩目的问题，从长远来看可以节省时间和金钱。离线编程使用仿真来输出特定的机器人代码，该代码可以加载到实际机器人的控制器上并运行该程序。后置处理器将编程代码转换为机器人可以理解的语言。机器人制造商拥有自己的专有编程语言，这意味着第三方软件必须是多语言的。

离线编程的好处

离线编程的主要推动力是减少机器人的停机时间，也就是用教学挂件逐点手动编程机器人所需的时间，还有与机器停机时间和程序员劳动力相关的成本。

“如果最终用户在教学挂件（在线）上手动编程机器人，它们必须停止生产以对零件进行编程。”Octopuz公司的销售总监RobHouse说道，“使用离线编程的好处是可以在生产时编程，可以在软件中离线为你的第二个、三个或第五个零件进行编程，然后一旦准备开始新的工序，就可以切换程序，然后再重新开始你的生产。”

离线编程最适合需要大量点的复杂路径规划应用，如焊接、修边、激光切割、去毛刺、热喷涂、喷涂、激光熔覆和增材制造。离线编程对于简单的取放应用、装配、包装和码垛并不是特别有用。虽然这些应用程序仍然可以使用离线软件进行编程，但用户可能无法实现投资回报。如果过程只有四到五个点，那么手动编程会更具经济性。

“对于每个新部件来讲，如果在离线编程软件上花费的时间和教学挂件一样多，那么就不会有任何好处，”Hypertherm机器人软件公司高级主管GarenCakmak说，“对于高混合、低容量环境中的机器人，软件需要简单易用。”

提高易用性是这些软件开发人员的首要任务。但如果仿真和离线编程不能准确反映现实，那么仿真和离线编程将毫无意义。

图2：在铁路维护中，需要成百上千次重复动作的过程，如果使用协同机器人离线编程，则可以节省数月的手动编程时间。图片来源：Hypertherm机器人软件公司

校准并且不要偏离

离线编程要起作用，虚拟世界必须与现实世界相匹配。这意味着仿真必须准确地表示物理机器人单元。

“在离线编程软件中的虚拟环境必须完全复制车间的实际工作单元，但在大多数情况下并非如此。”Cenit公司的数字工厂解决方案副总裁HelmutZiewers说道，“计算机辅助设计（CAD）模型与和该模型对应的物理部件之间的偏差可能很小或很大，尤其是使用的工具不是特别完美的时候更是如此。我们仍然看到了主要问题，由于这些偏差，人们认为这些工作无法离线完成。”但是，这些偏差并非不可克服，因此校准至关重要。

图3：在弧焊工作单元中，如果使用离线编程，可以将编程时间缩短一半，减少机器人的停机时间，从而帮助满足生产需求。图片来源：Octopuz公司

“即使只有几毫米或几厘米的偏差，就可以创建任意数量的离线程序，”Ziewers说，“它们永远不会完全一样。我们必须确切地知道车间里的机器人是如何设置的，并且一定不能有任何偏差，否则离线编程将无法工作。刀具路径、轨迹将始终关闭。”

生产动力叉车的Crown设备公司就遇到了这类问题。其位于德国Roding的工厂拥有多个复杂的机器人焊接系统，带有外轴和多轴工件定位器。面对由耗时的手动机器人编程引起的生产瓶颈，Crown公司决定探索离线编程是否可行。他们的旅程并非一帆风顺。Crown团队的一些人对此持怀疑态度，而其他人则渴望尝试离线编程。

图4：NASA正在开发新型的检测系统，离线编程软件为其仿真机器人路径规划。该系统使用配备了红外摄像机的协作机器人，来测试复合飞机结构中的缺陷。图片来源：RoboDK公司

Cenit公司是参与基准研究的两家供应商之一。Ziewers表示他们采用了Crown自动化集成商提供的CAD图纸，并在他们的软件中创建了虚拟机器人工作单元。基于这些图纸，他们创建了机器人程序并在物理工作单元上运行。

Cenit工程师亲自去现场，对Crown工厂的工作单元进行物理校准。“我们发现尺寸有差异，”Ziewers说，“我们在软件中利用这些差异，然后根据虚拟世界中的新设置调整离线程序。”这与车间的物理设置完全匹配，机器人程序运行良好。

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