文/新戰(zhàn)略機器人全媒體特約記者 蠟筆小萌
隨著科學技術(shù)日新月異的進步，工業(yè)機器人已成為當今工業(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和操作。相比于人類的局限性而言它們有更為廣泛的應用空間。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)機器人，到了七十年代后，隨著計算機的發(fā)展，機器人才廣泛應用于工業(yè)的生產(chǎn)上。隨著機器人的廣泛應用，機器人技術(shù)也由單一的工業(yè)生產(chǎn)方面進一步向各個領(lǐng)域延伸和應用。
【小萌觀點：沒有更好，只有更適合】
機器人的智能化發(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器人的編程方式了。通常的機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，有人認為示教編程落后，有人認為離線編程太過高大上，無法落地。小萌看來，這種爭論實在沒有必要，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】
首先談談示教編程，即操作人員通過示教器，手動控制機器人的關(guān)節(jié)運動，以使機器人運動到預定的位置，同時將該位置進行記錄，并傳遞到機器人控制器中，之后的機器人可根據(jù)指令自動重復該任務，操作人員也可以選擇不同的坐標系對機器人進行示教。
示教器是示教編程的必備工具，很像以前游戲機的游戲手柄，控制魂斗羅在戰(zhàn)場上下翻飛。所不同的是，示教器控制機器人走一遍之后，把走過完的路記錄下來，以后讓機器人重復走這條路，這就是編程。但令人惋惜的是，各家機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機器人編程的小伙伴。
目前，大部分機器人應用仍采用示教編程方式，并且主要集中在搬運、碼垛、焊接等領(lǐng)域，特點是軌跡簡單，手工示教時，記錄的點不太多。總結(jié)一下，示教編程有以下優(yōu)缺點：
優(yōu)點：
編程門檻低、簡單方便、不需要環(huán)境模型；對實際的機器人進行示教時，可以修正機械結(jié)構(gòu)帶來的誤差。
缺點：
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，學習量太大。
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、對實際的機器人進行示教時要占用機器人。
【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器人編程方式即離線編程。
隨著機器人應用領(lǐng)域的擴展，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前較為流行的一種編程方式，首先談談什么是離線編程。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，自動生成機器人的運動軌跡，即控制指令，然后在軟件中仿真與調(diào)整軌跡，最后生成機器人程序傳輸給機器人。離線編程克服了在線示教編程的很多缺點，充分利用了計算機的功能，減少了編寫機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用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、數(shù)控加工等機器人新興應用領(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：
1、能夠根據(jù)虛擬場景中的零件形狀，自動生成復雜加工軌跡。
像打磨、噴涂行業(yè)，不再像搬運時那樣只需示教幾個點了，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，可以應用于不同的場景上。
2、可以控制大部分主流機器人。
示教編程只針對特定的機器人進行操作，而離線編程在這方面就不受機器人的限制了（主要指第三方離線編程，像RobotStudio之類的本體廠商機器人，是只支持自家機器人的）。RobotArt、RobotMaster支持的機器人品牌都比較多，不過，RobotArt支持在線機器人庫，在云端的機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器人品牌，同時也支持國內(nèi)的大多數(shù)機器人品牌，像廣數(shù)、新時達等。
3、可以進行軌跡仿真、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。軌跡生成后可以在軟件中檢測一下機器人走的路徑是否是正確的，然后可以對生成的軌跡進行優(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行仿真以及對生成的軌跡進行優(yōu)化，最后只需點擊一下后置按鈕就可以生成機器人可識別的語言了。這些看來復雜難懂的操作在RobotArt中只需輕輕點幾下就可以完成了。
4、可以進行碰撞檢測。
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，導致機器人被閑置，造成資源浪費。有了離線編程，在當前生產(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)時進行同步編程了。
缺點：
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、碼垛以及點焊上的應用，這些應用只需示教幾個點，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，在一些復雜應用中，有些技術(shù)尚待突破。但由于機器人的應用越來越復雜化，從長遠上看，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)或是教學上也得到了廣泛的應用，但個人認為在現(xiàn)有的功能上可以從以下方面進一步得以發(fā)展：
1、友好的人機界面，直觀的圖形顯示。這兩者對于操作者來說都是非常重要的，人機界面友好、圖形顯示直觀能夠讓初學者易懂，有想繼續(xù)學習的欲望首先就是軟件設(shè)計的一個很大的成功。
2、可以對錯誤進行實時預報，避免不可恢復錯誤的發(fā)生。
3、現(xiàn)有的離線編程仿真軟件應該提高數(shù)模建立的合理性。由于離線編程系統(tǒng)是基于機器人系統(tǒng)的圖形模型來模擬機器人在實際工作環(huán)境中的工作進行編程的，因此為了能夠讓編程結(jié)果很好的符合實際，系統(tǒng)應能夠計算仿真模型和實際模型之間的誤差，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，而是互補存在的，在不同的應用領(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)鍵點做進一步示教，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。同時機器人離線編程技術(shù)對機器人的推廣應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，也許機器人還只能干搬運、碼垛這些力氣活，永遠無法成為打磨、噴涂、雕刻行業(yè)的新生代“工匠”。
