文/新戰(zhàn)略機(jī)器人全媒體特約記者 蠟筆小萌
隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)上重要的組成部分，它可以很精確的完成形形色色的任務(wù)和操作。相比于人類的局限性而言它們有更為廣泛的應(yīng)用空間。1959年美國英格伯格和德沃爾(Devol)制造出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，到了七十年代后，隨著計算機(jī)的發(fā)展，機(jī)器人才廣泛應(yīng)用于工業(yè)的生產(chǎn)上。隨著機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)也由單一的工業(yè)生產(chǎn)方面進(jìn)一步向各個領(lǐng)域延伸和應(yīng)用。
【小萌觀點(diǎn)：沒有更好，只有更適合】
機(jī)器人的智能化發(fā)展是一個大的趨勢，那么對于它是如何完成既定工作的話我們就要談到機(jī)器人的編程方式了。通常的機(jī)器人編程方式有以下兩種：示教編程與離線編程。一段時間以來，似乎存在這樣的爭論，有人認(rèn)為示教編程落后，有人認(rèn)為離線編程太過高大上，無法落地。小萌看來，這種爭論實(shí)在沒有必要，就好比說走路與開車哪個更好一樣，沒有更好，只有更適合。比如從北京到天津，毫無疑問要選擇開車，而從鳥巢到水立方，相信小萌，走路一定比開車適合。下面請跟隨小萌的思路，來看看示教編程與離線編程，哪個更適合你。
【示教編程】
首先談?wù)勈窘叹幊蹋床僮魅藛T通過示教器，手動控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動，以使機(jī)器人運(yùn)動到預(yù)定的位置，同時將該位置進(jìn)行記錄，并傳遞到機(jī)器人控制器中，之后的機(jī)器人可根據(jù)指令自動重復(fù)該任務(wù)，操作人員也可以選擇不同的坐標(biāo)系對機(jī)器人進(jìn)行示教。
示教器是示教編程的必備工具，很像以前游戲機(jī)的游戲手柄，控制魂斗羅在戰(zhàn)場上下翻飛。所不同的是，示教器控制機(jī)器人走一遍之后，把走過完的路記錄下來，以后讓機(jī)器人重復(fù)走這條路，這就是編程。但令人惋惜的是，各家機(jī)器人的示教器可謂五花八門，操作也不一樣，編程指令也不一樣，還是現(xiàn)在智能手機(jī)好，蘋果和安卓兩家一統(tǒng)下了。下面是從網(wǎng)上搜到的一些示教器的圖片分享給各位想學(xué)機(jī)器人編程的小伙伴。
目前，大部分機(jī)器人應(yīng)用仍采用示教編程方式，并且主要集中在搬運(yùn)、碼垛、焊接等領(lǐng)域，特點(diǎn)是軌跡簡單，手工示教時，記錄的點(diǎn)不太多。總結(jié)一下，示教編程有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：
編程門檻低、簡單方便、不需要環(huán)境模型；對實(shí)際的機(jī)器人進(jìn)行示教時，可以修正機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來的誤差。
缺點(diǎn)：
1、示教在線編程過程繁瑣、效率低。
2、精度完全是靠示教者的目測決定，而且對于復(fù)雜的路徑示教在線編程難以取得令人滿意的效果。
3、示教器種類太多，學(xué)習(xí)量太大。
4、示教過程容易發(fā)生事故，輕則撞壞設(shè)備，重則撞傷人。
5、對實(shí)際的機(jī)器人進(jìn)行示教時要占用機(jī)器人。
【離線編程】
手動示教編程暫且就先說到這里，下面就來說說第二種機(jī)器人編程方式即離線編程。
隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，示教編程在有些行業(yè)顯得力不從心了，于是，離線編程逐漸成為當(dāng)前較為流行的一種編程方式，首先談?wù)勈裁词请x線編程。離線編程，是通過軟件，在電腦里重建整個工作場景的三維虛擬環(huán)境，然后軟件可以根據(jù)要工加零件的大小、形狀、材料，同時配合軟件操作者的一些操作，自動生成機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，即控制指令，然后在軟件中仿真與調(diào)整軌跡，最后生成機(jī)器人程序傳輸給機(jī)器人。離線編程克服了在線示教編程的很多缺點(diǎn)，充分利用了計算機(jī)的功能，減少了編寫機(jī)器人程序所需要的時間成本，同時也降低了在線示教編程的不便。目前離線編程廣泛應(yīng)用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、數(shù)控加工等機(jī)器人新興應(yīng)用領(lǐng)域。
如同示教編程離不開示教器一樣，說到離線編程就不得不說說離線編程軟件了，提到這里大家能聽過的像RobotArt、RobotMaster、RobotWorks、RobotStudio等，這些都是在離線編程行業(yè)中首屈一指的大牛。
優(yōu)點(diǎn)：
1、能夠根據(jù)虛擬場景中的零件形狀，自動生成復(fù)雜加工軌跡。
像打磨、噴涂行業(yè)，不再像搬運(yùn)時那樣只需示教幾個點(diǎn)了，而是幾十甚至幾百個，離線編程在這方面優(yōu)勢十分突出。RobotArt在這方面做得還是比較好的，功能強(qiáng)大而不顯繁雜，有多種生成軌跡的方式，例如：【沿著一個面的一條邊】、【曲線特征】等軌跡生成方式，可以應(yīng)用于不同的場景上。
2、可以控制大部分主流機(jī)器人。
示教編程只針對特定的機(jī)器人進(jìn)行操作，而離線編程在這方面就不受機(jī)器人的限制了（主要指第三方離線編程，像RobotStudio之類的本體廠商機(jī)器人，是只支持自家機(jī)器人的）。RobotArt、RobotMaster支持的機(jī)器人品牌都比較多，不過，RobotArt支持在線機(jī)器人庫，在云端的機(jī)器人庫是源源不斷更新的，不僅支持像ABB、KUKA等這樣鼎鼎有名的機(jī)器人品牌，同時也支持國內(nèi)的大多數(shù)機(jī)器人品牌，像廣數(shù)、新時達(dá)等。
3、可以進(jìn)行軌跡仿真、路徑優(yōu)化、后置代碼的生成。
這是區(qū)別于示教編程的一個顯著的優(yōu)點(diǎn)。軌跡生成后可以在軟件中檢測一下機(jī)器人走的路徑是否是正確的，然后可以對生成的軌跡進(jìn)行優(yōu)化，這些只需要在虛擬環(huán)境中操作就可以了。以RobotArt為例，在RobotArt中一鍵式生成軌跡后還可以進(jìn)行仿真以及對生成的軌跡進(jìn)行優(yōu)化，最后只需點(diǎn)擊一下后置按鈕就可以生成機(jī)器人可識別的語言了。這些看來復(fù)雜難懂的操作在RobotArt中只需輕輕點(diǎn)幾下就可以完成了。
4、可以進(jìn)行碰撞檢測。
因為系統(tǒng)執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤是不可避免的，我們首先要有碰撞檢測功能，檢測到程序執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題的地方。這個聽起來如此高大上的功能在RobotArt中也可以看到。RobotArt在程序仿真的時候，打開干涉檢查功能，會對軌跡中的錯誤做初步檢測。生成后置程序的時候，會對后置的機(jī)器人數(shù)據(jù)做最后的檢測過濾，如果發(fā)現(xiàn)有不符合程序正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)，會拒絕生成后置代碼。這樣做的目的是最大程度減少，來自程序設(shè)計本身的失誤。
5、生產(chǎn)線不停止的編程
示教編程另一個讓人很頭痛的問題，就是面對當(dāng)前多件小批量的生成方式，對于一個新的零件，總要停下生產(chǎn)線來編程，導(dǎo)致機(jī)器人被閑置，造成資源浪費(fèi)。有了離線編程，在當(dāng)前生產(chǎn)線還在工作時，編程人員就同時在旁邊設(shè)計下一批零件的軌跡了，這就是工業(yè)4.0之中的效率。已經(jīng)有許多用戶采用RobotArt離線編程軟件，在生產(chǎn)時進(jìn)行同步編程了。
缺點(diǎn)：
1、對于簡單軌跡的生成，它沒有示教編程的效率高，例如在搬運(yùn)、碼垛以及點(diǎn)焊上的應(yīng)用，這些應(yīng)用只需示教幾個點(diǎn)，用示教器很快就可以搞定，而對于離線編程來說，還需要搭建模型環(huán)境，如果不是出于方案的需要，顯然這部分工作的投入與產(chǎn)出不成正比。
2、模型誤差、工件裝配誤差、機(jī)器人絕對定位誤差等都會對其精度有一定的影響，我們需要采用各種辦法來盡量消除這些誤差。
從總體上看，離線編程仍處于發(fā)展階段，在一些復(fù)雜應(yīng)用中，有些技術(shù)尚待突破。但由于機(jī)器人的應(yīng)用越來越復(fù)雜化，從長遠(yuǎn)上看，離線編程是時代發(fā)展的一項重要技術(shù)。雖然以RobotArt，RobotMaster為代表的國內(nèi)外離線編程軟件，在工業(yè)或是教學(xué)上也得到了廣泛的應(yīng)用，但個人認(rèn)為在現(xiàn)有的功能上可以從以下方面進(jìn)一步得以發(fā)展：
1、友好的人機(jī)界面，直觀的圖形顯示。這兩者對于操作者來說都是非常重要的，人機(jī)界面友好、圖形顯示直觀能夠讓初學(xué)者易懂，有想繼續(xù)學(xué)習(xí)的欲望首先就是軟件設(shè)計的一個很大的成功。
2、可以對錯誤進(jìn)行實(shí)時預(yù)報，避免不可恢復(fù)錯誤的發(fā)生。
3、現(xiàn)有的離線編程仿真軟件應(yīng)該提高數(shù)模建立的合理性。由于離線編程系統(tǒng)是基于機(jī)器人系統(tǒng)的圖形模型來模擬機(jī)器人在實(shí)際工作環(huán)境中的工作進(jìn)行編程的，因此為了能夠讓編程結(jié)果很好的符合實(shí)際，系統(tǒng)應(yīng)能夠計算仿真模型和實(shí)際模型之間的誤差，并盡量減少二者的誤差。
【選擇適合你的】
再回到本文開始的話題，示教編程與離線編程并不是對立存在的，而是互補(bǔ)存在的，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)具體情況，選擇能幫你提高工作效率的、能提高工作質(zhì)量的一種編程方式。而且在小萌看來，離線編程有時還要輔以示教編程，比如對離線編程生成的關(guān)鍵點(diǎn)做進(jìn)一步示教，以消除零件加工與定位誤差，是業(yè)內(nèi)常用的一種辦法。
機(jī)器人離線編程系統(tǒng)正朝著一個智能化、專用化的方向發(fā)展，用戶操作越來越簡單方便，并且能夠快速生成控制程序。同時機(jī)器人離線編程技術(shù)對機(jī)器人的推廣應(yīng)用及其工作效率的提升有著重要的意義，簡單來說，如果沒有離線編程，也許機(jī)器人還只能干搬運(yùn)、碼垛這些力氣活，永遠(yuǎn)無法成為打磨、噴涂、雕刻行業(yè)的新生代“工匠”。
