盡管離線編程（OLP）已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路，但對(duì)它的誤解仍然存在。在焊接行業(yè)中，許多機(jī)器人編程仍然需要在教學(xué)掛件上手動(dòng)逐點(diǎn)完成，無(wú)比繁瑣。許多人還記得機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展歷史，這些機(jī)器人承諾的太多，但實(shí)際上卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)。夢(mèng)想家和實(shí)干家一直在努力超越期望。

仿真和離線編程軟件也在逐步發(fā)展并變得更智能、更快速、更靈活、更可靠。這是一個(gè)崇尚易用性的新時(shí)代，離線編程軟件供應(yīng)商正逐步揭開(kāi)機(jī)器人技術(shù)的神秘面紗。

大多數(shù)仿真和離線編程解決方案提供商會(huì)告訴你，這不是一個(gè)非此即彼的選擇，仿真和離線編程可以齊頭并進(jìn)。不過(guò)這并不代表二者可以互換使用，你可以在沒(méi)有離線編程的情況下進(jìn)行仿真，但是如果沒(méi)有仿真，則無(wú)法使用離線編程。

圖1：離線編程軟件利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、外軸和工件定位器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來(lái)精確仿真機(jī)器人焊接過(guò)程。圖片來(lái)源：Cenit公司

機(jī)器人仿真是機(jī)器人單元或生產(chǎn)線的三維表示。它直觀地演示了機(jī)器人如何沿著設(shè)定的路徑或軌跡從一個(gè)XYZ坐標(biāo)移動(dòng)到另一個(gè)XYZ坐標(biāo)。它可以包括多個(gè)安裝在外軸上的機(jī)器人，可以與多軸工件定位器配合使用，也可以在裝配線上進(jìn)行協(xié)調(diào)。然而，所有這些運(yùn)動(dòng)和計(jì)劃都會(huì)變得更復(fù)雜。

“許多購(gòu)買機(jī)器人的客戶認(rèn)為，它的行為就像計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）。事實(shí)并非如此?！盧oboDK公司首席執(zhí)行官AlbertNubiola說(shuō)道?！癈NC編程很容易。工作空間已正確定義。它就像一個(gè)立方體。”然而，機(jī)器人有一個(gè)球形工作空間，并且由于關(guān)節(jié)的限制和機(jī)器人奇點(diǎn)（機(jī)器人運(yùn)動(dòng)在數(shù)學(xué)上無(wú)法預(yù)測(cè)的點(diǎn)），有些類型的運(yùn)動(dòng)是你無(wú)法做到的。離線編程有助于避免在為機(jī)器人編程時(shí)出錯(cuò)。

在機(jī)器人加工中，可能有成百上千個(gè)點(diǎn)，Nubiola繼續(xù)說(shuō)道，“沒(méi)有人能使用教學(xué)掛件逐點(diǎn)編程。你肯定需要軟件才能進(jìn)行離線編程。”

仿真可用于概念驗(yàn)證，例如機(jī)器人集成商的銷售工具，以演示機(jī)器人系統(tǒng)如何運(yùn)行。通過(guò)仿真，用戶可以檢測(cè)機(jī)器人、工具、固定裝置和任何安全柵欄之間可能發(fā)生的沖突。

仿真可以分析關(guān)節(jié)限制、奇點(diǎn)和范圍問(wèn)題。此外，它可以揭示一系列令人矚目的問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以節(jié)省時(shí)間和金錢。離線編程使用仿真來(lái)輸出特定的機(jī)器人代碼，該代碼可以加載到實(shí)際機(jī)器人的控制器上并運(yùn)行該程序。后置處理器將編程代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可以理解的語(yǔ)言。機(jī)器人制造商擁有自己的專有編程語(yǔ)言，這意味著第三方軟件必須是多語(yǔ)言的。

離線編程的好處

離線編程的主要推動(dòng)力是減少機(jī)器人的停機(jī)時(shí)間，也就是用教學(xué)掛件逐點(diǎn)手動(dòng)編程機(jī)器人所需的時(shí)間，還有與機(jī)器停機(jī)時(shí)間和程序員勞動(dòng)力相關(guān)的成本。

“如果最終用戶在教學(xué)掛件（在線）上手動(dòng)編程機(jī)器人，它們必須停止生產(chǎn)以對(duì)零件進(jìn)行編程?！監(jiān)ctopuz公司的銷售總監(jiān)RobHouse說(shuō)道，“使用離線編程的好處是可以在生產(chǎn)時(shí)編程，可以在軟件中離線為你的第二個(gè)、三個(gè)或第五個(gè)零件進(jìn)行編程，然后一旦準(zhǔn)備開(kāi)始新的工序，就可以切換程序，然后再重新開(kāi)始你的生產(chǎn)?！?/p>

離線編程最適合需要大量點(diǎn)的復(fù)雜路徑規(guī)劃應(yīng)用，如焊接、修邊、激光切割、去毛刺、熱噴涂、噴涂、激光熔覆和增材制造。離線編程對(duì)于簡(jiǎn)單的取放應(yīng)用、裝配、包裝和碼垛并不是特別有用。雖然這些應(yīng)用程序仍然可以使用離線軟件進(jìn)行編程，但用戶可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)。如果過(guò)程只有四到五個(gè)點(diǎn)，那么手動(dòng)編程會(huì)更具經(jīng)濟(jì)性。

“對(duì)于每個(gè)新部件來(lái)講，如果在離線編程軟件上花費(fèi)的時(shí)間和教學(xué)掛件一樣多，那么就不會(huì)有任何好處，”Hypertherm機(jī)器人軟件公司高級(jí)主管GarenCakmak說(shuō)，“對(duì)于高混合、低容量環(huán)境中的機(jī)器人，軟件需要簡(jiǎn)單易用?！?/p>

提高易用性是這些軟件開(kāi)發(fā)人員的首要任務(wù)。但如果仿真和離線編程不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)實(shí)，那么仿真和離線編程將毫無(wú)意義。

圖2：在鐵路維護(hù)中，需要成百上千次重復(fù)動(dòng)作的過(guò)程，如果使用協(xié)同機(jī)器人離線編程，則可以節(jié)省數(shù)月的手動(dòng)編程時(shí)間。圖片來(lái)源：Hypertherm機(jī)器人軟件公司

校準(zhǔn)并且不要偏離

離線編程要起作用，虛擬世界必須與現(xiàn)實(shí)世界相匹配。這意味著仿真必須準(zhǔn)確地表示物理機(jī)器人單元。

“在離線編程軟件中的虛擬環(huán)境必須完全復(fù)制車間的實(shí)際工作單元，但在大多數(shù)情況下并非如此?！盋enit公司的數(shù)字工廠解決方案副總裁HelmutZiewers說(shuō)道，“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型與和該模型對(duì)應(yīng)的物理部件之間的偏差可能很小或很大，尤其是使用的工具不是特別完美的時(shí)候更是如此。我們?nèi)匀豢吹搅酥饕獑?wèn)題，由于這些偏差，人們認(rèn)為這些工作無(wú)法離線完成。”但是，這些偏差并非不可克服，因此校準(zhǔn)至關(guān)重要。

圖3：在弧焊工作單元中，如果使用離線編程，可以將編程時(shí)間縮短一半，減少機(jī)器人的停機(jī)時(shí)間，從而幫助滿足生產(chǎn)需求。圖片來(lái)源：Octopuz公司

“即使只有幾毫米或幾厘米的偏差，就可以創(chuàng)建任意數(shù)量的離線程序，”Ziewers說(shuō)，“它們永遠(yuǎn)不會(huì)完全一樣。我們必須確切地知道車間里的機(jī)器人是如何設(shè)置的，并且一定不能有任何偏差，否則離線編程將無(wú)法工作。刀具路徑、軌跡將始終關(guān)閉。”

生產(chǎn)動(dòng)力叉車的Crown設(shè)備公司就遇到了這類問(wèn)題。其位于德國(guó)Roding的工廠擁有多個(gè)復(fù)雜的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，帶有外軸和多軸工件定位器。面對(duì)由耗時(shí)的手動(dòng)機(jī)器人編程引起的生產(chǎn)瓶頸，Crown公司決定探索離線編程是否可行。他們的旅程并非一帆風(fēng)順。Crown團(tuán)隊(duì)的一些人對(duì)此持懷疑態(tài)度，而其他人則渴望嘗試離線編程。

圖4：NASA正在開(kāi)發(fā)新型的檢測(cè)系統(tǒng)，離線編程軟件為其仿真機(jī)器人路徑規(guī)劃。該系統(tǒng)使用配備了紅外攝像機(jī)的協(xié)作機(jī)器人，來(lái)測(cè)試復(fù)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的缺陷。圖片來(lái)源：RoboDK公司

Cenit公司是參與基準(zhǔn)研究的兩家供應(yīng)商之一。Ziewers表示他們采用了Crown自動(dòng)化集成商提供的CAD圖紙，并在他們的軟件中創(chuàng)建了虛擬機(jī)器人工作單元。基于這些圖紙，他們創(chuàng)建了機(jī)器人程序并在物理工作單元上運(yùn)行。

Cenit工程師親自去現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)Crown工廠的工作單元進(jìn)行物理校準(zhǔn)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)尺寸有差異，”Ziewers說(shuō)，“我們?cè)谲浖欣眠@些差異，然后根據(jù)虛擬世界中的新設(shè)置調(diào)整離線程序?！边@與車間的物理設(shè)置完全匹配，機(jī)器人程序運(yùn)行良好。

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