离线编程规划

1、、 离 线 编 程 简 述离线编程是在专门的软件环境下， 用专用或通用程序在离线情况下进 行机器人轨迹规划编程的一种方法。离线编程程序通过支持软件的解释或编译产生目标程序代码， 最后生成机器人路径规划数据。一些离线编程系统带有仿真功能，可以在不接触实际机器人机器工作环境的情况下，在三维软件中提供一个和机器人 进行交互作用的虚拟环境。、 机器人离线编程现状示教再现型机人在实际生产应用中存在的主要技术问题有： 机器人的在线示教编程过程繁琐、效率低； 示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以取得令人满意的示教果； 对于一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无能为力。而离 线编程系统可以

2、简机器人编程进程，提高编程效率，是实现系统集成的 必要的软件支撑系统。与示教编程相比，离线编程系统具有如下优点： 减少机器人停机的时间，当对下一个任务进行编程时，机器人可仍在生产线上工作； 使编程者远离危险的工作环境，改善了编程环境； 离线编程系统使用范围广，可以对各种机器人进行编程，并能方便地实现优化编程；便于和CACTCAM系统结合，做 CAD/CAM/ROBOTICS体化；可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程；便于修改机器人程序。因此，离线编程引起了人们的广泛重视，并成为机器学中一个十分活跃的研究方向三、目前主流机器人离线编程简介目前机器人离线编程软件主要有：Robotmaster

3、RobcadRobotExpertDelmiaRobomoveBlackbirdFamosRobotworksPowermill以及ABB原厂的Robotstudio还有 Fanuc 原厂的 RoboGuideRobotmaster ：来自加拿大，由上海傲卡自动化代理，是目前离线编 程软件市场上顶尖的软件， 几乎支持市场上绝大多数机器人品牌 （KUKA， ABB Fanuc, Motoman史陶比尔、珂玛、三菱、 DENSO松下）优点：可以按照产品数模，生成程序，适用于切割、铣削、焊接、 喷涂等等。独家的优化功能，运动学规划和碰撞检测非常精确，支持外 部轴（直线导轨系统、旋转系统） ，并支持复

4、合外部轴组合系统。缺点：暂时不支持多台机器人同时模拟仿真Robcad西门子旗下产品，在车厂占统治地位，做方案和项目规划 的利器，支持离线点焊、支持多台机器人仿真、支持非机器人运动机构 仿真，精确的节拍仿真。缺点：价格昂贵，离线功能较弱， Unix 移植过来的界面，人机界面 不友好RobotExpert :西门子新出的离线软件，可以理解为Robcad的廉价版和界面优化版。Delmia: Robcad的竞争对手，法国达索软件旗下产品（开发大名鼎 鼎的Catia软件的公司）在车厂也有广泛的使用，与Robcad各有千秋。缺点：知道的同学补充吧Robomove来自意大利，同样支持市面上大多数品牌的机器人

5、，机 器人加工轨迹由外部CAM导入，与其他软件不同的是，Robomove走的是 私人定制路线，根据实际项目进行定制。软件操作自由，功能完善，支 持多台机器人仿真，缺点：需要操作者对机器人有较为深厚的理解，策略智能化程度与Robotmaster 有较大差距。Blackbird ：来自德国，操纵简单缺点：不支持外部轴Famos功能较薄弱Robotworks :基于 SolidWorks，SolidWorks 本身不带 CAM功能，编程繁琐，机器人运动学规划策略智能化程度低Powermill ：五轴做的很不错，可惜做机器人后处理有点抱歉四、机器人离线编程系统概述1 、机器人离线编程的概念和技术内容机

6、器人离线编程系统是利用 计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的几何模型，再利用 一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规 划。通过对编程结果进行三维图形动画仿真，以检验编程的正确性，最 后将生成的代码传到机器人控制柜， 以控制机器人运动， 完成给定任务 机器人离线编程系统已被证明是一个有力的工具，可以增加安全性，减 少机器人不工作时间和降低成本。机器人离线编程系统是机器人编程语 言的拓广，通过该系统可以建立机器人和 CACT CAM之间的联系。设计 个离线编程系统应具备以下几点：1）所编程的工作过程的知识；2）机器人和工作环境三维实体模型；3）机器人几何学、运动学

7、和动力学的知识；4）基于图形显示的软件系统、可进行机器人运动的图形仿真；5）轨迹规划和检查算法，如检查机器人关节角超限、检测碰撞以及 规划机器人在工作空间的运动轨迹等；6）传感器的接口和仿真，以利用传感器的信息进行决策和规划；7）通信功能，以完成离线编程系统所生成的运动代码到各种机器人 控制柜的通信；8）用户接口，以提供有效的人机界面，便于人工干预和进行系统的 操作。此外，由于离线编程系统是基于机器人系统的图形模型来模拟机 器人在实际环境中的工作进行编程的，因此为了使编程结果能很好地符合于实际情况，系统应能够计算仿真模型和实际模型之间的误差，并尽 量减少二者间的误差。2、机器人离线编程的组成

8、机器人离线编程系统不仅要在计算机上建立起机器人系统的物理模 型，而且要对其进行编程和动画仿真，以及对编程结果后置处理。一般 说来。机器人离线编程系统包括以下一些主要模块：传感器、机器人系 统CAD建模、离线编程、图形仿真、人机界面以及后置处理等.(1) CAD建模CAD建模需要完成以下任务：零件建模；设备建模；系统设计 和布置；几何模型图形处理。因为利用现有的 CAD数据及机器人理论 结构参数所构建的机器人模型与实际模型之间存在着误差，所以必须对 机器人进行标定，对其误差进行测量、分析及不断校正所建模型。随着 机器人应用领域的不断扩大，机器人作业环境的不确定性对机器人作业 任务有着十分重要的影

9、响，固定不变的环境模型是不够的，极可能导致 机器人作业的失败。因此，如何对环境的不确定性进行抽取，并以此动 态修改环境模型，是机器人离线编程系统实用化的一个重要问题。( 2)图形仿真 离线编程系统的一个重要作用是离线调试程序，而离线调试最直观 有效的方法是在不接触实际机器人及其工作环境的情况下，利用图形仿 真技术模拟机器人的作业过程，提供一个与机器人进行交互作用的虚拟 环境。计算机图形仿真是机器人离线编程系统的重要组成部分，它将机 器人仿真的结果以图形的形式显示出来，直观地显示出机器人的运动状况，从而可以得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息， 离线编程的效果正是通过这个模块来验证

10、的。随着计算机技术的发展， 在PC的Windows平台上可以方便地进行三维图形处理， 并以此为基础完 成CAD机器人任务规划和动态模拟图形仿真。 一般情况下，用户在离线 编程模块中为作业单元编制任务程序，经编译连接后生成仿真文件。在 仿真模块中，系统解释控制执行仿真文件的代码，对任务规划和路径规 划的结果进行三维图形动画仿真，模拟整个作业的完成情况。检查发生 碰撞的可能性及机器人的运动轨迹是否合理，并计算机器人的每个工序 的操作时间和整个工作过程的循环时间，为离线编程结果的可行性提供（3）编程编程模块一般包括： 机器人及设备的作业任务描述 （ 包括路径点的设 定）、建立变换方程、求解未知矩阵及

11、编制任务程序等。在进行图形仿真 以后，根据动态仿真的结果，对程序做适当的修正，以达到满意效果， 最后在线控制机器人运动以完成作业。在机器人技术发展初期，较多采 用特定的机器人语言进行编程。一般的机器人语言采用了计算机高级程 序语言中的程序控制结构，并根据机器人编程的特点，通过设计专用的 机器人控制语句及外部信号交互语句来控制机器人的运动，从而增强了 机器人作业描述的灵活性。面向任务的机器人编程是高度智能化的机器 人编程技术的理想目标使用最合适于用户的类自然语言形式描述机 器人作业通过机器人装备的智能设施实时获取环境的信息，并进行任 务规划和运动规划，最后实现机器人作业的自动控制。面向对象机器人

12、 离线编程系统所定义的机器人编程语言把机器人几何特性和运动特性封 装在一块，并为之提供了通用的接口。基于这种接口，可方便地与各种 对象，包括传感器对象打交道。由于语言能对几何信息直接进行操作且 具有空间推理功能，因此它能方便地实现自动规划和编程。此外，还可 以进一步实现对象化任务级编程语言，这是机器人离线编程技术的又一 大提高。（4）传感器 近年来，随着机器人技术的发展，传感器在机器人作业中起着越来 越重要的作用，对传感器的仿真已成为机器人离线编程系统中必不可少 的一部分，并且也是离线编程能够实用化的关键。利用传感器的信息能 够减少仿真模型与实际模型之间的误差， 增加系统操作和程序的可靠性，

13、提高编程效率。对于有传感器驱动的机器人系统，由于传感器产生的信 号会受到多方面因素的干扰 （ 如光线条件、物理反射率、物体几何形状以 及运动过程的不平衡性等 ） ，使得基于传感器的运动不可预测。传感器技 术的应用使机器人系统的智能性大大提高，机器人作业任务已离不开传 感器的引导。因此，离线编程系统应能对传感器进行建模，生成传感器 的控制策略，对基于传感器的作业任务进行仿真。（5）后置处理 后置处理的主要任务是把离线编程的源程序编译为机器人控制系统 能够识别的目标程序。 即当作业程序的仿真结果完全达到作业的要求后， 将该作业程序转换成目标机器人的控制程序和数据，并通过通信接口下 装到目标机器人控

14、制柜，驱动机器人去完成指定的任务。由于机器人控 制柜的多样性，要设计通用的通信模块比较困难，因此一般采用后置处 理将离线编程的最终结果翻译成目标机器人控制柜可以接受的代码形式， 然后实现加工文件的上传及下载。机器人离线编程中，仿真所需数据与 机器人控制柜中的数据是有些不同的。所以离线编程系统中生成的数据 有两套：一套供仿真用；一套供控制柜使用，这些都是由后置处理进行 操作的。五、工业机器人离线编程应用领域在汽车生产中工业机器人是一种主要的制动化设备， 在整车及零部件 生产的弧焊、点焊、喷涂、搬运、涂胶、冲压、激光切割、抛光打磨、 淬火加工、热处理上下料等工艺中大量使用，在这些的应用领域里都离

15、不开离线编程。下面以机器人焊接系统离线编程来讲述目前离线编程遇 到的问题及需要解决的难点：1、仿真模型与实际布局的误差2、仿真模型与实际加工件的误差3、工具坐标的标定4、工件坐标的标定5、仿真程序的后处理6、其他电器零部件的物理逻辑动作仿真六、预定策划根据公司发展现状，目前计划以西门子公司的ROBCA离线编程软件为主进一步深入研究机器人离线编程应用，以 CATIA、SolidWorks、UG等为辅助软件创建仿真模型及规划轨迹，前期主 要解决机器人工具坐标及工件坐标的标定， 实现最大化的减少精度误差， 并且这些策划都围绕着 项目应用去发现难题和解决， 并逐渐引向到实际应用中去， 逐步实现项目应用解决在线编程遇到 的困难。 后期主要从前期应用开发中总结可二次开发的空间，以自己企业品牌机器人为中心的离线编程软件的进行二次开发， 逐渐开发能与现有相对成熟的机器人编程软件进行通讯的离线编程 插件，实现能加载自己品牌机器人的离线程序的软件并