揭秘机器人离线编程

尽管离线编程(OLP)已经取得了长足的进步，但关于它的误解仍然存在。老派认为机器人的OLP不能胜任这项任务是一种怀疑。焊接行业的许多机器人编程仍然是手工完成的，一个点一个点地繁琐，带有一个教学挂件。许多人仍然记得机器人技术的旧时代，那些承诺过多、兑现不足的日子。然而，梦想家和实干家一直在努力超越预期

仿真和OLP软件已经进化，变得更智能、更快、更灵活、更可靠。这是一个易于使用的新时代，OLP软件供应商在这里揭开机器人技术柔软的一面。

OLP与模拟

大多数仿真和OLP解决方案提供商会告诉你，这不是其中之一。仿真和OLP是齐头并进的。虽然这两个术语经常互换使用，但还是有区别的。没有OLP可以有仿真，但没有仿真就不能有OLP。

机器人模拟是一个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。它可以包括安装在外轴上的多个机器人，与多轴工件定位器一起工作，或在装配线上协调。然而，所有这些行动和计划都可能变得复杂。

“很多客户购买机器人时，都认为它会像计算机数控系统(CNC)一样工作。但事实并非如此，”RoboDK公司首席执行官Albert Nubiola说，“cnc很容易编程。正确地定义了工作空间。它像一个立方体。然而，机器人有一个球形的工作空间，并且由于关节限制和机器人奇点(机器人运动在数学上无法预测的点)，有某些类型的运动是不能做的。OLP有助于在编程机器人时避免这些错误。

在机器人加工中，可能有数百到数千个点，”Nubiola继续说道。“没有人能够使用教学吊坠逐点编程。你绝对需要能够离线完成这些的软件。”

仿真可用于概念验证，如机器人集成商的销售工具，以演示机器人系统将如何执行。通过模拟，用户可以检测机器人、工具、夹具和任何安全围栏之间可能的碰撞。仿真可以分析关节极限、奇点和到达问题。此外，从长远来看，它可以揭示许多令人大开眼界的问题，从而节省时间和金钱。

OLP使用模拟来输出特定于机器人的代码，这些代码可以加载到物理机器人控制器上，然后运行程序。后置处理器将编程代码转换成机器人可以理解的语言。机器人制造商有自己的专有编程语言，这意味着第三方软件解决方案必须是多语言的。

当OLP对制造商有意义的时候

OLP的主要推动力是机器人停机时间，这是手动编程机器人与教学挂件逐点所需的时间。还有与机器停机时间和程序员劳动相关的成本。

“如果最终用户手动编程的机器人示教器(在线),他们必须关闭生产为了程序的部分,“说抢房子,销售主管OCTOPUZ Inc .”使用离线编程的好处是你可以运行的生产,你可以计划你的下一个两个,三个或五个部分离线软件,然后一旦你准备开始一份新工作,你可以切换程序,然后重新开始生产。”

OLP最适合于需要很多点的复杂路径规划应用，如焊接、修整、激光切割、去毛刺、热喷涂、喷涂、激光熔覆和增材制造。OLP对于简单的取放应用程序、组装、包装和码垛并不那么有利。这些应用程序仍然可以使用离线软件解决方案进行编程，但是用户可能无法实现其投资回报(ROI)。如果流程只有4或5个点，那么手动编程的成本效益更高。

Hypertherm机器人软件公司的高级主管Garen Cakmak说:“如果你每次设计一个新部件时都花在软件编程上的时间和设计一个教学挂饰上的时间一样多，情况也不会有任何改善。为了让机器人在高混合、低容量的环境中使用，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。但是，如果模拟和OLP不能准确地反映现实，它们就毫无意义。

校准，不要偏离

OLP要发挥作用，虚拟世界必须与现实世界相匹配。这意味着模拟必须准确地代表物理机器人细胞。

CENIT北美数字工厂解决方案副总裁Helmut Ziewers表示:“OLP软件中的虚拟环境必须是车间实际工作单元的精确复制，但在大多数情况下并非如此。计算机辅助设计(CAD)模型与与该CAD模型相关的物理部分之间的偏差可能很小，也可能很大，特别是在结合不完美的模具时。我们仍然看到一些重大问题，人们说我们不能在线下这样做，因为这些偏差。”

然而，这些偏差并非不可克服。校准至关重要。

“如果我们只偏离了几毫米或几厘米，你可以创建尽可能多的离线程序，”Ziewers说。“它们永远装不下。我们必须确切地知道机器人是如何安装在车间的，不能有任何偏差，否则OLP将无法工作。工具路径，轨迹总是关闭的。皇冠就是这种情况。”

科朗设备公司为世界各地的公司生产电动叉车。他们在德国罗丁的工厂有几个复杂的机器人焊接系统，带有外轴和多轴工件定位器。面对耗时的人工机器人编程造成的生产瓶颈，Crown Roding决定探索OLP是否可行。他们的旅程并非一帆风顺。Crown团队中的一些人持怀疑态度，而另一些人则渴望尝试OLP。

CENIT是参与基准研究的两家供应商之一。Ziewers表示，他们使用了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。根据这些图纸，他们创建了机器人程序，并在物理工作单元上运行。但是有些事情不太对劲。

“客户说这正是我们想的，离线编程是不可能的。上一个OLP软件供应商无法让它运行起来，看起来你的软件也不能做到这一点，”Ziewers说。“他们不知道的是，来自集成公司的图纸不再与积分器设置单元的方式相匹配。”

CENIT工程师抵达现场，对科朗的工作单元进行了物理校准。

“我们发现了在维度上的差异，”Ziewers说。“我们将这些差异应用到我们的软件中，然后根据虚拟世界的新设置调整离线程序。这与车间的物理设置完全匹配，机器人程序运行得非常完美。”

CENIT的软件在外轴上协调弧焊机器人与多轴工件定位器的运动。过去手动编程一个零件需要几天时间，现在只需几个小时。生产中断和停机时间显著减少，焊接质量始终满足客户的高标准。

Ziewers认为校准过程有助于应用程序的成功。考虑CAD模型与被处理的物理部分的关系是很重要的。

“从压力机或模具中出来的零件，从来没有与基于3d CAD模型的应该具有的形状相同。制造和CAD模型之间总是有区别的。例如，在钣金应用中，存在回弹现象。”

CENIT在其软件中具有校准工具，如三点转换、多点最佳拟合校准和过程探测功能，有助于解决与回弹和其他变量相关的问题，这些变量导致物理部分与CAD模型不同。例如，多点最佳拟合校准工具在零件上选择10到15个随机点，然后将它们反馈给OLP系统，该系统将零件校准到机器人在虚拟单元中的工作包膜中。

Ziewers表示:“3d仿真平台的最终目标是为制造自动化控制工程师提供一个软件环境，以验证他们的可编程逻辑控制器(PLC)、梯形逻辑、人机界面(HMI)和OLP，并在实际工作单元构建之前在虚拟世界中对其进行调试。”

易于编程;不需要专业知识

另一个误解是OLP太复杂，难以使用，需要专业知识。仿真和OLP软件供应商正在努力证明这些假设是错误的。

Cakmak说:“人们认为因为机器人是一个复杂的设备，所以离线编程也是一个复杂的工具。”“这是最大的误解之一。为了让人们采用更多的机器人技术，我们必须提供工具，同时让终端用户的体验变得非常简单和灵活。”

Hypertherm的目标是通过他们的模拟方法和OLP软件使机器人编程对用户来说尽可能简单。

图4。一个机器人在铁路板上解开和紧固数百个螺栓，这一过程通过OLP软件变得更加高效。提供:Hypertherm机器人软件公司/机器人工业协会(RIA)[/caption]

在工作中是一个协作机器人。这些动力和力量受限的机器人允许操作员在不需要精心设计的安全围栏的情况下近距离工作。关于协作机器人如何从OLP中受益，请参阅下面的内容。

高混合低音量不再是限制

让用户更容易使用OLP有助于更广泛地采用机器人工艺。机器人不再是拥有雄厚财力和大批量生产的大型企业的专属领域。中小型企业(SMEs)也可以参与进来。随着仿真和OLP工具的使用，高混合、小批量生产不再是一个限制。

“我们有一些客户的机器人工程师正在运行机器人，他们非常有能力手动编程。他们也非常擅长使用软件。”“我们还有其他公司刚刚开始自动化。他们的员工中没有机器人工程师。它们很难找到，而且价格昂贵。他们可能正在推动一个手动焊工现在与机器人一起工作，他可能没有太多的经验。

豪斯继续说:“我们采取的方法是，任何人都应该能够为机器人编程。”“我们曾与一些从未接触过机器人的人合作，他们也不经常使用机器人软件。这需要更多的训练，但我们肯定能让他们熟练地编程机器人。”

Accumetal Manufacturing Inc.为越野设备行业生产高混合组装部件，包括采矿设备的组件。这家加拿大公司只有不到100名员工，专门从事焊接技术。

经过多年的手工编程，他们的机器人工作量增加到需要Accumetal减轻焊工压力的水平。他们获得了一个机器人焊接单元，并寻找了一个模拟和OLP软件解决方案。

该单元由一个六轴焊接机器人和一个单轴主轴/尾架工件定位器组成。豪斯表示，这种电池在焊接行业非常受欢迎。

图6。OLP软件模拟了该弧焊单元的所有七个轴，并通过实时焊缝跟踪和一键式焊接配方优化了工艺。提供:OCTOPUZ公司/机器人工业协会(RIA)[/caption]

Accumetal的单元还使用过弧焊缝跟踪(TAST)来实时跟踪焊缝。这是在机器人需要在飞行中调整其轨迹的情况下使用的，比如当CAD模型和实际部分不匹配时。

豪斯说:“我们在焊接行业做了很多工作。“焊接因零件不精确而臭名昭著，特别是对CAD来说。可能会有相当大的差异。激光非常流行。你在我们的软件中创建一条路径，然后使用激光接缝跟踪器，如果零件不完美，它会修改我们的路径以遵循那条接缝。触摸感应也是一样。机器人将焊丝接触到零件的不同位置，以定位该零件。然后，根据我们的程序和物理部件之间的任何差异，它将修改焊接路径以匹配该部件。”

House表示，他们对焊接有深入的支持，仅焊接应用就有200多个不同的变量。用户可以在程序中修改诸如火炬倾斜、扭曲、推/拉角度和触摸传感等变量。

在最新的OLP和仿真工具中还常见的是拖放功能。一切都是非常直观的，设计得很直观，使它更容易使用。

豪斯说:“你不需要输入数字来定位组件，只需从目录中拖动，然后将其固定在机器人底座之类的东西上。”“你可以拖动你想要使用的工具，它会自动夹在机器人的末端。你甚至可以将鼠标悬停在一个零件上，它会突出显示该零件周围的整个工具路径，例如修剪。然后你只需点击一次，它就会开发出整个路径。”

一个OLP工具，多个机器人品牌

第三方仿真和OLP软件的一个关键优势是其通用性。大多数公司可以管理多个机器人品牌。这与机器人制造商提供的OLP解决方案形成了鲜明的对比。机器人OEM软件是专有的，只针对一个品牌。OCTOPUZ有一个在线的软件组件目录。豪斯说，他们的库中有数千个组件，包括所有主要的机器人品牌及其各种型号。

豪斯说:“我们合作的许多集成商都有多个机器人品牌。“他们发现，与其学习许多不同的工具来编程每种工具，不如使用一种工具来编程所有这些工具。”

协作机器人和OLP

协作机器人通常可以通过引导式教学功能被“教”到预期的路径。用户将手臂推到想要的位置并记录积分。然而，复杂的边跟踪任务通常需要更复杂的编程解决方案，而不是这些协作机器人所附带的标准平台。

豪斯说，他们有很多客户使用协作机器人。胶水点胶是协作机器人的一个流行应用，它们被设计成在靠近人类同事的狭小空间内工作，没有安全牢笼。

豪斯说:“这一切都取决于应用程序，而不是机器人。”“对于只有四五个点的取放应用程序，你可以手动拖动机械臂从一个点到另一个点。但如果你有一个复杂的边跟随分配程序你想用机器人来做，你可以手动编程，但这会非常耗时。这就是软件的用武之地。”

图8。OLP软件为NASA正在开发的一种新型检查系统模拟机器人路径规划。该系统使用配备红外摄像机的协作机器人来测试复合材料飞机结构的缺陷。提供:RoboDK公司/机器人工业协会(RIA)[/caption]

在轮式底座上使用一个协作机器人的检查系统已经在NASA测试了大约一年。努比亚拉表示，该系统的新版本已经进行了几个月的测试，该系统使用两个协作机器人在同一条线性轨道上协同工作。这加快了检查时间，并节省了操作员不得不重复地将机器人从机身的一个部分推向另一个部分。在仿真和后续程序中，两个协作机器人的运动是协调的。该设置使该系统更接近于生产场景。

更少的编程时间，更多的制作时间

在完美的世界中，虚拟解决方案应该复制物理世界。然而，零件和过程的差异或偏差可能会破坏公司的模拟和OLP设置。这就是校准的关键所在。复杂的机器人流程和复杂的软件不再是大型企业的专利。高混合、低产量的工厂可以加入OLP的行列。协作机器人也可以。

Tanya M. Anandan是特约编辑机器人工业协会(RIA)和机器人在线．RIA是一个非营利性的行业协会，致力于通过机器人技术和相关自动化来提高北美制造业和服务业的区域、国家和全球竞争力。这篇文章最初出现在RIA网站上．RIA是CFE媒体内容合作伙伴推进自动化协会(A3)的一部分。由制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:机器人，机器人编程，协作机器人

机器人离线编程(OLP)被认为太复杂，对公司来说不划算。

公司一直致力于使他们的程序易于使用和灵活的许多不同的品牌和应用程序。

协作机器人可以通过编程来学习超越其初始设计和用途的更复杂和更具挑战性的应用程序。

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原始内容可以在www.robotics.org．

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