工業(yè)機(jī)器人作為中國(guó)制造2025規(guī)劃十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，成為推動(dòng)智能制造落地的有效途徑，在各種智能工廠建設(shè)中大顯身手。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用極大地提高了工廠的生產(chǎn)效率，在幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)人工成本上漲、勞動(dòng)力供給不足等方面提供了可供選擇的方式，贏得了企業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器人還不能自主地進(jìn)行各種工作，需要工程師事先編寫(xiě)任務(wù)程序，機(jī)器人再按照程序逐步執(zhí)行任務(wù)。
目前常用的編程方式有兩種，一種是示教編程，一種是離線編程。離線編程因?yàn)橄鄬?duì)于示教編程具有許多優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍日趨廣泛。機(jī)器人的離線編程技術(shù)直接關(guān)系到機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)行速度、運(yùn)作的精確度，對(duì)于生產(chǎn)制造起著關(guān)鍵作用。因此，機(jī)器人離線編程成為一項(xiàng)備受關(guān)注的學(xué)科。
ABB雙臂協(xié)作機(jī)器人組裝產(chǎn)品
機(jī)器人離線編程優(yōu)勢(shì)突出
機(jī)器人離線編程技術(shù)在很多領(lǐng)域已經(jīng)取代示教編程技術(shù)，成為機(jī)器人編程的首選，與其諸多優(yōu)勢(shì)不無(wú)關(guān)系。
首先，機(jī)器人離線編程技術(shù)將工程師從嘈雜的工作現(xiàn)場(chǎng)解放，讓其可以在安全舒適地環(huán)境中進(jìn)行編程，極大地改善了工作體驗(yàn)。對(duì)于示教編程，不管是手動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，還是通過(guò)示教器進(jìn)行示教，對(duì)工作人員的體力都造成了負(fù)擔(dān)。此外，囿于機(jī)器人的示教器形態(tài)各異，操作方式也不相同，要熟練掌握一個(gè)品牌的機(jī)器人示教編程需要花費(fèi)大量的時(shí)間，而當(dāng)你再去操作另一品牌的機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人維修，可能需要從頭再學(xué)一遍。這使得機(jī)器人編程工作的從業(yè)者更樂(lè)意選擇離線編程的方式來(lái)開(kāi)展工作。
其次，在操作過(guò)程中，因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行軌跡優(yōu)化，僅能憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)執(zhí)行，可能導(dǎo)致機(jī)器人的位姿動(dòng)作出現(xiàn)奇異點(diǎn)，降低機(jī)器人的零件壽命。而且動(dòng)作的精度、準(zhǔn)確性等都靠人眼來(lái)識(shí)別，待加工產(chǎn)品的質(zhì)量無(wú)法保證。還有，離線編程不占用機(jī)器人的工作時(shí)間，還能提前做好準(zhǔn)備工作，當(dāng)任務(wù)切換時(shí)，需要的時(shí)間較少，減少對(duì)企業(yè)制造資源的浪費(fèi)。因此，站在企業(yè)的角度，機(jī)器人離線編程也具有不可忽視的優(yōu)勢(shì)。
機(jī)器人離線編程聯(lián)接智造未來(lái)
除了對(duì)從業(yè)人員、企業(yè)的有力吸引外，離線編程軟件廠商也提供了諸多方便，讓編程過(guò)程更為簡(jiǎn)單快捷。
目前市場(chǎng)上的通用型的機(jī)器人離線編程軟件支持各種型號(hào)的機(jī)器人。為了減少編程的工作量，不少軟件廠商提供機(jī)器人的3D模型數(shù)據(jù)庫(kù)任君選擇。軟件還提供軌跡優(yōu)化功能，軌跡優(yōu)化能夠優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，防止造成部分零件超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)機(jī)器人的使用壽命。
機(jī)器人編程需要首先建立全3D的模型環(huán)境，這曾經(jīng)是編程中的一份額外工作，也是很多機(jī)器人離線編程人員覺(jué)得麻煩之處，但是現(xiàn)在，隨著企業(yè)以3D模型作為主要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，CAD/CAM一體化成為趨勢(shì)，以PTC、西門(mén)子為代表打造的DigitalTwin的理念深入人心，這些額外的工作不僅不是一種負(fù)擔(dān)，而是一種長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)儲(chǔ)備。借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)雙胞胎等技術(shù)及理念，機(jī)器人的工作狀態(tài)將與虛擬世界的模型進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)仿真技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析對(duì)虛擬環(huán)境中的機(jī)器人施加與物理世界相同的工況條件，可以分析機(jī)器人的整體狀態(tài)，是否有零件損壞等信息，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，提前對(duì)機(jī)器人進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修維護(hù)，真正提高企業(yè)設(shè)備綜合利用率（OEE）。同時(shí)，也可以通過(guò)建立數(shù)字工廠模型，對(duì)整個(gè)工廠的運(yùn)營(yíng)進(jìn)行可視化的管理，從全局把握企業(yè)整體經(jīng)營(yíng)情況。
挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存
當(dāng)然，目前機(jī)器人離線編程也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中最主要的就是離線編程的誤差問(wèn)題。因?yàn)樵谲浖羞M(jìn)行編程的時(shí)候，運(yùn)用的是虛擬的坐標(biāo)系，而這個(gè)坐標(biāo)系與實(shí)際的坐標(biāo)系之間存在著差異，怎樣保證兩者完全一致就需要不斷地將程序應(yīng)用到實(shí)際的機(jī)器人中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)試。雖然目前眾多的廠商都給出了各自的解決方案，如安川Motocalv離線編程軟件提供了安裝誤差校準(zhǔn)和用戶(hù)坐標(biāo)系校準(zhǔn)法，國(guó)產(chǎn)的RobotArt也提供了通過(guò)三點(diǎn)或者多點(diǎn)測(cè)量來(lái)校正的方法。這些方法仍然需要在實(shí)際工作中校驗(yàn)后對(duì)程序進(jìn)行修改，無(wú)形中增加了編程的工作量，也制約了編程技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。
現(xiàn)在，也有些專(zhuān)家嘗試?yán)脗鞲屑夹g(shù)及視覺(jué)技術(shù)，來(lái)達(dá)到機(jī)器人的自我路徑校正，如韓國(guó)PyunghyunKim將線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器安裝在焊接機(jī)器人末端，對(duì)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的自由表面焊縫進(jìn)行了自主焊接。而歐姆龍也推出了可以識(shí)別乒乓球，并做出回拍動(dòng)作的可與人類(lèi)打乒乓球的機(jī)器人教練。
展望
談機(jī)器人離線編程的未來(lái)，不得不談工業(yè)機(jī)器人的未來(lái)。作為一種靈活的生產(chǎn)加工工具，工業(yè)機(jī)器人具備天然的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)更換不同的機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以滿(mǎn)足不同的加工需求，如切割、焊接、打磨、噴涂等等。通過(guò)添加輔助設(shè)備，機(jī)器人甚至可以加工體積遠(yuǎn)大于自身的各種零件，庫(kù)卡機(jī)器人何服電機(jī)維修，而不必如數(shù)控機(jī)床一般，受限于機(jī)床內(nèi)部的加工空間，而不得不將大型產(chǎn)品拆分后加工，再采用焊接或者鉚接等多種方式進(jìn)行聯(lián)接。這種整體加工能力或許可以改變制造業(yè)的材料加工模式，成為繼3D打印之后的另一種新工藝。
工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用必將極大地促進(jìn)離線編程技術(shù)的發(fā)展，隨著機(jī)器視覺(jué)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人也許并不需要人工來(lái)規(guī)劃路徑，而是能夠借助各種傳感技術(shù)、軟件算法來(lái)識(shí)別被加工零件，自行設(shè)計(jì)可行的加工步驟，成為真正意義上的智能裝備。機(jī)器人離線編程技術(shù)進(jìn)化的終極目標(biāo)，便是離線編程技術(shù)的淘汰，智能化的興起。