機(jī)器人離線編程技術(shù)淺析及未來展望

◆劉梓航

(石家莊二中)

隨著時(shí)代的發(fā)展，機(jī)械人被越來越多的企業(yè)認(rèn)可和接受，使用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)工序。為了讓機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中更好的發(fā)揮準(zhǔn)確及時(shí)、迅速高效的優(yōu)勢(shì)，軟件開發(fā)者展開了對(duì)機(jī)器人編程技術(shù)的相關(guān)研究。

一、機(jī)器人離線編程概述

機(jī)器人的離線編程技術(shù)在現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展中，具有操作簡(jiǎn)便、智能化程度高、在線整定時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)。其主要是利用計(jì)算機(jī)編程軟件，設(shè)計(jì)出工作現(xiàn)場(chǎng)，畫出機(jī)器人的幾何圖像，編制出機(jī)器人工作時(shí)的操作路線，然后控制機(jī)器人的圖像按設(shè)計(jì)好的操作步驟工作，再仿照真人的動(dòng)作生成動(dòng)畫效果。經(jīng)確定編程無誤后生成代碼，輸入機(jī)器人控制系統(tǒng)，通過控制機(jī)器人動(dòng)作，完成生產(chǎn)任務(wù)。離線編程技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中安全性強(qiáng)、成本低、效率高。因此，受到各地企業(yè)的歡迎。

二、形成機(jī)器人離線編程技術(shù)的單元

機(jī)器人作為高自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備，代替人工完成生產(chǎn)操作，其程序非常精細(xì)。首先要在機(jī)算上編制機(jī)器人的造型，并模仿真人動(dòng)作對(duì)模型編制程序，再對(duì)程序效果進(jìn)行加工修改。整個(gè)離線編程過程，主要包括以下幾個(gè)單元：機(jī)器人系統(tǒng)CAD、仿真制作、程序編制、傳感器、后序處理。

1.CAD仿真技術(shù)的研究

機(jī)器人在工作時(shí)，像真人一樣完成生產(chǎn)過程中的許多操作步驟，這就需要機(jī)器人在空間有多個(gè)連桿，并且連桿運(yùn)行自由靈活。因此，機(jī)器人離線編程不是一件簡(jiǎn)單的事情，這需要把動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)完美的結(jié)合起來進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，規(guī)劃出機(jī)器人的運(yùn)行路線。

要把機(jī)械手做得形象逼真，還需要用CAD軟件設(shè)計(jì)幾何圖形，并把幾何圖像用動(dòng)畫形式表現(xiàn)出來。然后，根據(jù)工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，模擬工作環(huán)境，在工作環(huán)境中想法避開障礙物和其它防礙機(jī)器人運(yùn)行的問題。這樣，就可以避免機(jī)械手在實(shí)際操作中運(yùn)行失敗，有效地降低試驗(yàn)次數(shù)，縮短研發(fā)編程所用的時(shí)間。

2.圖形仿真

CAD仿真技術(shù)完成后，下一步是離線調(diào)制程序，也就是圖形仿真過程。在沒有機(jī)器人也沒有工作場(chǎng)地的情況下，在機(jī)算機(jī)里設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬的工作環(huán)境，讓幾何圖像模仿機(jī)器人的動(dòng)作完成操作任務(wù)。圖像仿真能直觀地展現(xiàn)出機(jī)器人的運(yùn)行路線，也能暴露出機(jī)器人運(yùn)行過程中的真實(shí)情形，優(yōu)勢(shì)、缺點(diǎn)展現(xiàn)的一清而楚。通過這個(gè)程序可以驗(yàn)證離線編程的效果，整個(gè)過程復(fù)雜嚴(yán)密，用戶按照先后順序先編制出一個(gè)個(gè)單元程序，再將一個(gè)個(gè)單元連接起來形成整套的仿真圖形。然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)讓仿真圖形模擬機(jī)器人在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行操作，整個(gè)過程通過三維效果表現(xiàn)出來，幾何圖形的運(yùn)行和操作看起來和機(jī)器人一樣。總之，圖形仿真操作過程，將機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)行動(dòng)作展示地淋漓盡致。

3.程序編制

圖形仿真結(jié)束后，進(jìn)入程序編制單元，就是用編程語言將機(jī)器人的動(dòng)作、運(yùn)行路線描述出來，加到機(jī)算機(jī)上控制機(jī)器人靈活地完成生產(chǎn)中的各項(xiàng)操作。有的機(jī)器人智能化程度比較高，這就需要使用適合于用戶的特殊語言來描述機(jī)器人的操作過程，然后通過程序控制完成高智能化的操作，達(dá)到機(jī)器人自動(dòng)控制的目的。

4.傳感器

將機(jī)器人的離線編程推廣到工業(yè)生產(chǎn)中代替人工作業(yè)，傳感器的作用功不可滅。在仿真模型和機(jī)器人之間，總會(huì)存在著一些誤差，影響程序和系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性，而傳感器的功能可以減少兩者之間的差距，使仿真模行和機(jī)器人有機(jī)的結(jié)合起來，正確的完成操作任務(wù)，提高編程效率。在自然界中，有多種因素會(huì)干擾傳感器的信號(hào)，使得受傳感器驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路線不受控制，因此建議：在離線編程時(shí)，建立傳感器模型，形成傳感器控制程序來控制著傳感器進(jìn)行仿真操作。

5.后置處理

完成編程后，進(jìn)入后置處理單元。在操作過程中，當(dāng)仿真效果達(dá)到機(jī)器人實(shí)際操作的條件后，就把這個(gè)程序轉(zhuǎn)變成機(jī)器人的控制程序及數(shù)字，指揮機(jī)器人完成生產(chǎn)線上規(guī)定的各種工作。由于機(jī)器人的控制柜形態(tài)各一，多種多樣，導(dǎo)致機(jī)器人的通用模塊設(shè)計(jì)起來難度較大，所以利用后置處理過程，把離線編程技術(shù)的成果編制成代碼，以便各種控制柜都可以接受，通過這種方法傳達(dá)發(fā)送各種操作命令。在操作中，仿真和機(jī)器人所用的控制數(shù)字不盡相同，因此后置處理完成兩套數(shù)據(jù)后即可分別供機(jī)器人的仿真模型使用。

三、未來發(fā)展展望

機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中代替人工操作，節(jié)約了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了企業(yè)的快速發(fā)展。但是，機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，常常受到環(huán)境因素的干擾，往往因?yàn)楣ぷ鲌?chǎng)所的遷移，導(dǎo)致機(jī)器人工作錯(cuò)誤百出，給工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的麻煩。所以編制適應(yīng)多種環(huán)境的仿真效果，以便機(jī)器人隨時(shí)隨地都可以正確地完成生產(chǎn)操作任務(wù)，成為機(jī)器人開發(fā)應(yīng)用研究的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林義忠，劉慶國(guó)，徐俊，廖繼芳.工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)電一體化，2015，(11) ：8.

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