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揭开机器人离线编程的神秘面纱

来源:控制工程网2019.08.18阅读 468

  尽管离线编程(OLP)已经走过了漫长的道路,但对它的误解仍然存在。在焊接行业中,许多机器人编程仍然需要在教学挂件上手动逐点完成,无比繁琐。许多人还记得机器人技术的发展历史,这些机器人承诺的太多,但实际上却无法实现。梦想家和实干家一直在努力超越期望。 
  仿真和离线编程软件也在逐步发展并变得更智能、更快速、更灵活、更可靠。这是一个崇尚易用性的新时代,离线编程软件供应商正逐步揭开机器人技术的神秘面纱。
  大多数仿真和离线编程解决方案提供商会告诉你,这不是一个非此即彼的选择,仿真和离线编程可以齐头并进。不过这并不代表二者可以互换使用,你可以在没有离线编程的情况下进行仿真,但是如果没有仿真CONTROL ENGINEERING China版权所有,则无法使用离线编程。

图1:离线编程软件利用机器人运动学、外轴和工件定位器的校准数据来精确仿真机器人焊接过程。图片来源:Cenit公司

  机器人仿真是机器人单元或生产线的三维表示。它直观地演示了机器人如何沿着设定的路径或轨迹从一个XYZ坐标移动到另一个XYZ坐标。它可以包括多个安装在外轴上的机器人,可以与多轴工件定位器配合使用www.cechina.cn,也可以在装配线上进行协调。然而,所有这些运动和计划都会变得更复杂。
  “许多购买机器人的客户认为,它的行为就像计算机数控(CNC)。事实并非如此。”RoboDK公司首席执行官Albert Nubiola说道。“CNC编程很容易。工作空间已正确定义。它就像一个立方体。”然而,机器人有一个球形工作空间,并且由于关节的限制和机器人奇点(机器人运动在数学上无法预测的点),有些类型的运动是你无法做到的。离线编程有助于避免在为机器人编程时出错。
  在机器人加工中,可能有成百上千个点,Nubiola继续说道,“没有人能使用教学挂件逐点编程。你肯定需要软件才能进行离线编程。”
  仿真可用于概念验证,例如机器人集成商的销售工具,以演示机器人系统如何运行。通过仿真,用户可以检测机器人、工具、固定装置和任何安全栅栏之间可能发生的冲突。
  仿真可以分析关节限制、奇点和范围问题。此外,它可以揭示一系列令人瞩目的问题,从长远来看可以节省时间和金钱。离线编程使用仿真来输出特定的机器人代码,该代码可以加载到实际机器人的控制器上并运行该程序。后置处理器将编程代码转换为机器人可以理解的语言。机器人制造商拥有自己的专有编程语言,这意味着第三方软件必须是多语言的。
  离线编程的好处
  离线编程的主要推动力是减少机器人的停机时间,也就是用教学挂件逐点手动编程机器人所需的时间,还有与机器停机时间和程序员劳动力相关的成本。
  “如果最终用户在教学挂件(在线)上手动编程机器人,它们必须停止生产以对零件进行编程。”Octopuz公司的销售总监Rob House说道,“使用离线编程的好处是可以在生产时编程,可以在软件中离线为你的第二个、三个或第五个零件进行编程,然后一旦准备开始新的工序,就可以切换程序,然后再重新开始你的生产。”
  离线编程最适合需要大量点的复杂路径规划应用,如焊接、修边、激光切割、去毛刺、热喷涂、喷涂、激光熔覆和增材制造。离线编程对于简单的取放应用、装配、包装和码垛并不是特别有用。虽然这些应用程序仍然可以使用离线软件进行编程,但用户可能无法实现投资回报。如果过程只有四到五个点,那么手动编程会更具经济性。
  “对于每个新部件来讲,如果在离线编程软件上花费的时间和教学挂件一样多,那么就不会有任何好处,”Hypertherm机器人软件公司高级主管Garen Cakmak说,“对于高混合、低容量环境中的机器人,软件需要简单易用。”
  提高易用性是这些软件开发人员的首要任务。但如果仿真和离线编程不能准确反映现实,那么仿真和离线编程将毫无意义。

图2:在铁路维护中,需要成百上千次重复动作的过程,如果使用协同机器人离线编程www.cechina.cn,则可以节省数月的手动编程时间。图片来源:Hypertherm机器人软件公司

  校准并且不要偏离
  离线编程要起作用,虚拟世界必须与现实世界相匹配。这意味着仿真必须准确地表示物理机器人单元。
  “在离线编程软件中的虚拟环境必须完全复制车间的实际工作单元,但在大多数情况下并非如此。”Cenit公司的数字工厂解决方案副总裁Helmut Ziewers说道,“计算机辅助设计(CAD)模型与和该模型对应的物理部件之间的偏差可能很小或很大,尤其是使用的工具不是特别完美的时候更是如此。我们仍然看到了主要问题控制工程网版权所有,由于这些偏差,人们认为这些工作无法离线完成。”但是,这些偏差并非不可克服,因此校准至关重要。

图3:在弧焊工作单元中,如果使用离线编程,可以将编程时间缩短一半,减少机器人的停机时间,从而帮助满足生产需求。图片来源:Octopuz公司

  “即使只有几毫米或几厘米的偏差,就可以创建任意数量的离线程序,”Ziewers说,“它们永远不会完全一样。我们必须确切地知道车间里的机器人是如何设置的,并且一定不能有任何偏差,否则离线编程将无法工作。刀具路径、轨迹将始终关闭。”
  生产动力叉车的Crown设备公司就遇到了这类问题。其位于德国Roding的工厂拥有多个复杂的机器人焊接系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,带有外轴和多轴工件定位器。面对由耗时的手动机器人编程引起的生产瓶颈,Crown公司决定探索离线编程是否可行。他们的旅程并非一帆风顺。Crown团队的一些人对此持怀疑态度,而其他人则渴望尝试离线编程。

图4:NASA正在开发新型的检测系统,离线编程软件为其仿真机器人路径规划。该系统使用配备了红外摄像机的协作机器人,来测试复合飞机结构中的缺陷。图片来源:RoboDK公司

  Cenit公司是参与基准研究的两家供应商之一。Ziewers表示他们采用了Crown自动化集成商提供的CAD图纸,并在他们的软件中创建了虚拟机器人工作单元。基于这些图纸,他们创建了机器人程序并在物理工作单元上运行。
  Cenit工程师亲自去现场,对Crown工厂的工作单元进行物理校准。“我们发现尺寸有差异,”Ziewers说,“我们在软件中利用这些差异,然后根据虚拟世界中的新设置调整离线程序。”这与车间的物理设置完全匹配,机器人程序运行良好。(作者:Tanya M. Anandan)
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