机器人离线编程技术浅析及未来展望

◆刘梓航

(石家庄二中)

随着时代的发展，机械人被越来越多的企业认可和接受，使用于工业生产的各个工序。为了让机器人在工业生产中更好的发挥准确及时、迅速高效的优势，软件开发者展开了对机器人编程技术的相关研究。

一、机器人离线编程概述

机器人的离线编程技术在现代化企业发展中，具有操作简便、智能化程度高、在线整定时间短等优势。其主要是利用计算机编程软件，设计出工作现场，画出机器人的几何图像，编制出机器人工作时的操作路线，然后控制机器人的图像按设计好的操作步骤工作，再仿照真人的动作生成动画效果。经确定编程无误后生成代码，输入机器人控制系统，通过控制机器人动作，完成生产任务。离线编程技术在生产应用中安全性强、成本低、效率高。因此，受到各地企业的欢迎。

二、形成机器人离线编程技术的单元

机器人作为高自动化的机械设备，代替人工完成生产操作，其程序非常精细。首先要在机算上编制机器人的造型，并模仿真人动作对模型编制程序，再对程序效果进行加工修改。整个离线编程过程，主要包括以下几个单元：机器人系统CAD、仿真制作、程序编制、传感器、后序处理。

1.CAD仿真技术的研究

机器人在工作时，像真人一样完成生产过程中的许多操作步骤，这就需要机器人在空间有多个连杆，并且连杆运行自由灵活。因此，机器人离线编程不是一件简单的事情，这需要把动力学和运动学完美的结合起来进行研究设计，规划出机器人的运行路线。

要把机械手做得形象逼真，还需要用CAD软件设计几何图形，并把几何图像用动画形式表现出来。然后，根据工作现场实际情况，模拟工作环境，在工作环境中想法避开障碍物和其它防碍机器人运行的问题。这样，就可以避免机械手在实际操作中运行失败，有效地降低试验次数，缩短研发编程所用的时间。

2.图形仿真

CAD仿真技术完成后，下一步是离线调制程序，也就是图形仿真过程。在没有机器人也没有工作场地的情况下，在机算机里设计一个虚拟的工作环境，让几何图像模仿机器人的动作完成操作任务。图像仿真能直观地展现出机器人的运行路线，也能暴露出机器人运行过程中的真实情形，优势、缺点展现的一清而楚。通过这个程序可以验证离线编程的效果，整个过程复杂严密，用户按照先后顺序先编制出一个个单元程序，再将一个个单元连接起来形成整套的仿真图形。然后在计算机内让仿真图形模拟机器人在实际环境中进行操作，整个过程通过三维效果表现出来，几何图形的运行和操作看起来和机器人一样。总之，图形仿真操作过程，将机器人的整个运行动作展示地淋漓尽致。

3.程序编制

图形仿真结束后，进入程序编制单元，就是用编程语言将机器人的动作、运行路线描述出来，加到机算机上控制机器人灵活地完成生产中的各项操作。有的机器人智能化程度比较高，这就需要使用适合于用户的特殊语言来描述机器人的操作过程，然后通过程序控制完成高智能化的操作，达到机器人自动控制的目的。

4.传感器

将机器人的离线编程推广到工业生产中代替人工作业，传感器的作用功不可灭。在仿真模型和机器人之间，总会存在着一些误差，影响程序和系统操作的准确性，而传感器的功能可以减少两者之间的差距，使仿真模行和机器人有机的结合起来，正确的完成操作任务，提高编程效率。在自然界中，有多种因素会干扰传感器的信号，使得受传感器驱动的机器人运动路线不受控制，因此建议：在离线编程时，建立传感器模型，形成传感器控制程序来控制着传感器进行仿真操作。

5.后置处理

完成编程后，进入后置处理单元。在操作过程中，当仿真效果达到机器人实际操作的条件后，就把这个程序转变成机器人的控制程序及数字，指挥机器人完成生产线上规定的各种工作。由于机器人的控制柜形态各一，多种多样，导致机器人的通用模块设计起来难度较大，所以利用后置处理过程，把离线编程技术的成果编制成代码，以便各种控制柜都可以接受，通过这种方法传达发送各种操作命令。在操作中，仿真和机器人所用的控制数字不尽相同，因此后置处理完成两套数据后即可分别供机器人的仿真模型使用。

三、未来发展展望

机器人在工业生产中代替人工操作，节约了劳动力，提高了生产效率，促进了企业的快速发展。但是，机器人在实际应用中，常常受到环境因素的干扰，往往因为工作场所的迁移，导致机器人工作错误百出，给工业生产带来很大的麻烦。所以编制适应多种环境的仿真效果，以便机器人随时随地都可以正确地完成生产操作任务，成为机器人开发应用研究的目标。

参考文献：

[1]林义忠，刘庆国，徐俊，廖继芳.工业机器人离线编程系统研究现状与发展趋势[J].机电一体化，2015，(11) ：8.

[2]郑荣.机器人离线编程系统设计与研究[J].产品与技术，2010，(05)：90.