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 　　工業(yè)機(jī)器人四種編程技術(shù)
  
　　1. 示教編程技術(shù)
 
　　（1）在線示教編程 通常由操作人員通過(guò)示教盒控制機(jī)械手工具末端到達(dá)指定的姿態(tài)和位置，記錄機(jī)器人位姿數(shù)據(jù)并編寫(xiě)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令，完成機(jī)器人在正常加工中的軌跡規(guī)劃、位姿等關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)信息的采集、記錄。  示教盒示教具有在線示教的優(yōu)勢(shì)，操作簡(jiǎn)便直觀。示教盒主要有編程式和遙感式兩種。例如，采用機(jī)器人對(duì)汽車(chē)車(chē)身進(jìn)行點(diǎn)焊，首先由操作人員控制機(jī)器人達(dá)到各個(gè)焊點(diǎn)對(duì)各個(gè)點(diǎn)焊軌跡通過(guò)人工示教，在焊接過(guò)程中通過(guò)示教再現(xiàn)的方式，再現(xiàn)示教的焊接軌跡，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)身各個(gè)位置各個(gè)焊點(diǎn)的焊接。但在焊接中車(chē)身的位置很難保證每次都完全一樣，故在實(shí)際焊接中，通常還需要增加激光傳感器等對(duì)焊接路徑進(jìn)行糾偏和校正（2）激光傳感輔助示教  在空間探索、水下施工、核電站修復(fù)等極限環(huán)境下，操作者不能身臨現(xiàn)場(chǎng)，焊接任務(wù)的完成必須借助于遙控方式。環(huán)境的光照條件差，視覺(jué)信息不能完全地反饋現(xiàn)場(chǎng)的情況，采用立體視覺(jué)作為視覺(jué)反饋手段，示教周期長(zhǎng)。激光視覺(jué)傳感能夠獲取焊縫輪廓信息，反饋給機(jī)器人控制器實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍位姿跟蹤焊縫。哈爾濱工業(yè)大學(xué)高洪明等提出了用于遙控焊接的激光視覺(jué)傳感輔助遙控示教技術(shù)，克服了基于立體視覺(jué)顯示遙控示教的缺點(diǎn)。通過(guò)激光視覺(jué)傳感提取焊縫特征點(diǎn)作為示教點(diǎn)，提高了識(shí)別精度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平面曲線焊縫和復(fù)雜空間焊縫的遙控示教。
 
　　（3）力覺(jué)傳感輔助示教   由于視覺(jué)誤差，立體視覺(jué)示教精度低，激光視覺(jué)傳感能夠獲取焊縫輪廓信息，反饋給機(jī)器人控制器實(shí)時(shí)調(diào)整焊槍位姿跟蹤焊縫。但也無(wú)法適應(yīng)所有遙控焊接環(huán)境，如工件表面狀態(tài)對(duì)激光輔助示教有一定影響，不規(guī)則焊縫特征點(diǎn)提取困難，為此哈爾濱工業(yè)大學(xué)高洪明等提出了“遙控焊接力覺(jué)遙示教技術(shù)”，采用力傳感器對(duì)焊縫進(jìn)行辨識(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)靈敏度高，力覺(jué)傳感與焊縫直接接觸，示教精度高。通過(guò)力覺(jué)遙示教焊縫辨識(shí)模型和自適應(yīng)控制模型，實(shí)現(xiàn)遙示教局部自適應(yīng)控制，通過(guò)共享技術(shù)和視覺(jué)臨場(chǎng)感實(shí)現(xiàn)人對(duì)遙控焊接遙示教宏觀全局監(jiān)控。
 
　　（4）專(zhuān)用工具輔助示教   為了使得機(jī)器人在三維空間示教過(guò)程更直觀，一些輔助示教工具被引入在線示教過(guò)程，輔助示教工具包括位置測(cè)量單元和姿態(tài)測(cè)量單元，分別來(lái)測(cè)量空間位置和姿態(tài)。由兩個(gè)手臂和一個(gè)手腕組成，有6個(gè)自由度，通過(guò)光電編碼器來(lái)記錄每個(gè)關(guān)鍵的角度。操作時(shí)，由操作人員手持該設(shè)備的手腕，對(duì)加工路徑進(jìn)行示教，記錄下路徑上每個(gè)點(diǎn)的位置和姿態(tài)，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人的加工路徑值，實(shí)現(xiàn)示教編程，操作簡(jiǎn)便， 精度高，不需要操作者實(shí)際操作機(jī)器人，這對(duì)很多非專(zhuān)業(yè)的操作人員來(lái)說(shuō)是非常方便的。  ??借助激光等裝置進(jìn)行輔助示教，提高了機(jī)器人使用的柔性和靈活性，降低了操作的難度，提高了機(jī)器人加工的精度和效率，這在很多場(chǎng)合是非常實(shí)用的。
 
　　2. 離線編程技術(shù)

       與在線編程相比，離線編程具有如下優(yōu)點(diǎn)：
 
　　①減少停機(jī)的時(shí)間，當(dāng)對(duì)下一個(gè)任務(wù)進(jìn)行編程時(shí)，機(jī)器人可仍在生產(chǎn)線上工作。
 
　　②使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境，改善了編程環(huán)境。
 
　　③使用范圍廣，可以對(duì)各種機(jī)器人進(jìn)行編程，并能方便地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化編程。
 
　　④便于和CAD/CAM 系統(tǒng)結(jié)合，做到 CAD/CAM/ROBOTICS一體化。
 
　　⑤可使用高級(jí)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言對(duì)復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程。
 
　　3. 自主編程技術(shù)

       隨著技術(shù)的發(fā)展，各種跟蹤測(cè)量傳感技術(shù)日益成熟，人們開(kāi)始研究以焊縫的測(cè)量信息為反饋，由計(jì)算機(jī)控制焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接路徑的自主示教技術(shù)。
 
　　（1）基于激光結(jié)構(gòu)光的自主編程 基于結(jié)構(gòu)光的路徑自主規(guī)劃其原理是將結(jié)構(gòu)光傳感器安裝在機(jī)器人的末端，形成“眼在手上”的工作方式，利用焊縫跟蹤技術(shù)逐點(diǎn)測(cè)量焊縫的中心坐標(biāo)，建立起焊縫軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)，在焊接時(shí)作為焊槍的路徑。   圖6 基于結(jié)構(gòu)光的路徑自主編程  韓國(guó)Pyunghyun Kim 將線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)傳感器安裝在 6 自由度焊接機(jī)器人末端，對(duì)結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的自由表面焊縫進(jìn)行了自主示教。在焊縫上建立了一個(gè)隨焊縫軌跡移動(dòng)的坐標(biāo)來(lái)表達(dá)焊縫的位置和方向，并與連接類(lèi)型（搭接、對(duì)接、V 形）結(jié)合形成機(jī)器人焊接路徑，其中還采用了 3 次樣條函數(shù)對(duì)空間焊縫軌跡進(jìn)行擬合，避免了常規(guī)的直線連接造成的誤差，傳感器掃描焊縫為獲取焊接路徑  。
 
　　（2）基于雙目視覺(jué)的自主編程 基于視覺(jué)反饋的自主示教是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人路徑自主規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)，其主要原理是：在一定條件下，由主控計(jì)算機(jī)通過(guò)視覺(jué)傳感器沿焊縫自動(dòng)跟蹤、采集并識(shí)別焊縫圖像，計(jì)算出焊縫的空間軌跡和方位（即位姿），并按優(yōu)化焊接要求自動(dòng)生成機(jī)器人焊槍?zhuān)═orch）的位姿參數(shù)。
 
　　（3）多傳感器信息融合自主編程 有研究人員采用力控制器，視覺(jué)傳感器以及位移傳感器構(gòu)成一個(gè)高精度自動(dòng)路徑生成系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了位移、力、視覺(jué)控制，引入視覺(jué)伺服，可以根據(jù)傳感器反饋信息來(lái)執(zhí)行動(dòng)作。該系統(tǒng)中機(jī)器人能夠根據(jù)記號(hào)筆所繪制的線自動(dòng)生成機(jī)器人路徑，位移控制器用來(lái)保持機(jī)器人T C P點(diǎn)的位姿，視覺(jué)傳感器用來(lái)使得機(jī)器人自動(dòng)跟隨曲線，力傳感器用來(lái)保持TCP點(diǎn)與工件表面距離恒定。    基于視覺(jué)、力和位置傳感器的路徑自動(dòng)生成系統(tǒng)

        4. 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的編程技術(shù)

       增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)源于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝像機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并互動(dòng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維物體融合到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，加強(qiáng)了用戶同現(xiàn)實(shí)世界的交互。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于機(jī)器人編程具有革命性意義。  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合了真實(shí)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬的空間信息，它在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中發(fā)揮了動(dòng)畫(huà)仿真的優(yōu)勢(shì)并提供了現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬空間信息的交互通道。例如一臺(tái)虛擬的飛機(jī)清洗機(jī)器人模型被應(yīng)用于按比例縮小的飛機(jī)模型。控制虛擬的機(jī)器人針對(duì)飛機(jī)模型沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而生成機(jī)器人程序，之后對(duì)現(xiàn)實(shí)機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)定和編程。  基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人編程技術(shù)（RPAR）能夠在虛擬環(huán)境中沒(méi)有真實(shí)工件模型的情況下進(jìn)行機(jī)器人離線編程。由于能夠?qū)⑻摂M機(jī)器人添加到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，所以當(dāng)需要原位接近的時(shí)候該技術(shù)是一種非常有效的手段，這樣能夠避免在標(biāo)定現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境中可能碰到的技術(shù)難題。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)編程的架構(gòu)如圖9所示，由虛擬環(huán)境、操作空間、任務(wù)規(guī)劃以及路徑規(guī)劃的虛擬機(jī)器人仿真和現(xiàn)實(shí)機(jī)器人驗(yàn)證等環(huán)節(jié)組成。