编：张山

发：03/03/2019

按：为便于更多读者朋友了解工业机器人离线编程/仿真，本文中尽量规避专业名词和深入的专业讲解。

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国内工业机器人应用领域越来越广：原来只能替代简单的体力工作，如装配、搬运等，到替代一些需要工人具备相应技能才能做的工作或替代原本需要昂贵的专用设备才能做的加工，如切割、打磨抛光、去毛刺、喷涂、点胶、淬火、扫描检测、焊接、3D打印等。较之装配、搬运这些点到点的机器人应用，切割、抛光等应用的机器人工作轨迹变得复杂起来，面临着轨迹复杂、精度要求高等难题。在这种情况下，传统的手工示教编程手段显得效率非常低下，而且根本无法保证工作轨迹的精度，影响了产品品质和造成机器人停机等损失。于是运用离线编程软件来规划机器人的工作轨迹就是必然，并且越来越普及。但初用机器人离线编程软件的朋友，总会发现实际生产的加工轨迹与软件中生成的机器人工作轨迹之间存在误差，甚至有时这种误差还较大。作为从业人员，我尝试来对此类误差进行原因分析和提出解决办法。

手工示教方式是通过操作人员肉眼观察，用机器人控制器(示教盘)引导机器人从一个点到另一个点，逐点合成整个的机器人工作轨迹(直线、圆弧轨迹等除外)。

而离线编程方式是通过在软件中依照真实的机器人工作站搭建一套对应的虚拟三维场景，并在此场景中配置机器人、工具、工件、外部轴等生产要素，通过这一系列的操作来生成用于生产的机器人工作轨迹。

那么问题就来了，软件中生成的轨迹能否被机器人100%地准确无误地执行呢？软件中仿真的场景与真实的机器人工作站是否完全一致呢？

下面我们针对这两个问题进行分析与解决：

一、软件中生成的轨迹能否被机器人100%地准确无误地执行呢？

手工示教方式编程，由人使用控制器直接操纵机器人来规划工作轨迹，想保证机器人工作轨迹的精度，我们考虑的是机器人的重复定位精度(顾名思义，就是机器人重复到达一个指定点的误差最大值)，能够直观看到，易于理解。

而离线编程软件方式编程，由人在软件中规划机器人的工作轨迹，并转换成机器人能够识别的执行代码，传输到机器人，然后机器人按照代码来执行。理论上，同一段代码放到同一品牌、型号的机器人上，机器人执行的运行轨迹应该完全一致。但是由于机器人生产厂家在制造过程中，存在误差，造成实际情况并非如此。各大机器人厂商提供的精度参数都是重复定位精度，可达到0.05mm，或0.02mm，但不会提供绝对定位精度。

解决办法：针对机器人本体，做绝对精度的标定(检测机器人执行代码到达的实际点与理论点间的误差，并通过算法，予以补偿、校正)。具体标定的方法本文中就不展开来讲了，有兴趣的读者可以跟进。

机器人绝对精度标定-激光追踪法

二、软件中仿真的场景与真实的机器人工作站是否完全一致呢？

显然手工示教方式没有这个问题，但用软件来编程就需要考虑了。一个机器人工作单元，主要包含机器人、执行加工所使用的工具、待加工的工件，和根据实际情况选配的外部转台、转轴等。离线编程软件把这些工作站物体用其三维数学模型来呈现，并依据模型来规划机器人加工轨迹。

离线编程软件中机器人

为便于讨论，我们可以在下面1、2、3项中假定机器人、工具、外部轴、工件等物体与其数学模型完全一致，那么要保证实际生产的加工轨迹与软件中生成的机器人工作轨迹一致，只需要考虑机器人工作站的物体之间的相对位置，在软件和现实中保持一致。我们把问题拆分成如下1、2、3、4、5部分：

1、工具与机器人的空间相对关系

在大多数机器人应用中，工具是固定在机器人末端上，我们先讨论这种情形。工具面向工件的一端的顶点，我们称之为“TCP”(工具顶点 tool center point)，我们要保证软件中TCP与机器人间的空间相对关系与真实生产环境下一致，就要对TCP进行标定(测量与补偿误差)。然后将标定数值输入到离线编程软件中，由软件来自动对工具与机器人的空间相对关系进行调整，保持软件与现实中一致。工件固定在机器人末端的情形的处理与此相似。

传统的TCP标定方法

需要指出的是，上图中的传统的TCP标定方法在实际操作中很不方便，即使熟练的操作人员也很容易把测量头尖端撞弯，同时标定精度受肉眼观察所限。推荐下图所示的自动化TCP标定方法：

TCP自动标定

2、工件与机器人的空间相对关系

与1中同样道理，我们要保证工件与机器人的空间相对关系在软件中和现实中一致，也需要对工件进行标定。

利用离线编程软件HiperMOS内置的工件标定模块，选取工件的几个特征面(由软件判断几个特征面是否足够确定工件位置的唯一性)，然后利用配套工具执行相应操作，完成工件相对于机器人的空间关系标定。

工件标定-机器人三维激光切割

3、外部转台、转轴等与机器人的空间相对关系

较之工件标定要简单，同样可以在软件内置功能模块中完成。

4、工件来料的一致性高低对加工误差的影响

有了123项的标定必要性认识后，再讨论工件就变得容易些了。工件来料一致性低会导致机器人加工的最终成品误差超出规定，这种情况就需要工厂对其上道生产工序进行检讨、改进生产与管理了。

5、工装、夹具的设计与操作工放置工件的准确性

通过精度提升来优化以上两大方面的误差，可以使机器人离线编程应用于实际生产的精度获得提高，让机器人可以应用于激光切割、打磨抛光、去毛刺、喷涂、点胶、淬火、熔覆、扫描检测、焊接、3D打印等复杂加工领域。