工業(yè)機器人作為中國制造2025規(guī)劃十大重點領域之一，成為推動智能制造落地的有效途徑，在各種智能工廠建設中大顯身手。工業(yè)機器人的應用極大地提高了工廠的生產(chǎn)效率，在幫助企業(yè)應對人工成本上漲、勞動力供給不足等方面提供了可供選擇的方式，贏得了企業(yè)的廣泛關注。目前，在工業(yè)應用領域，機器人還不能自主地進行各種工作，需要工程師事先編寫任務程序，機器人再按照程序逐步執(zhí)行任務。
目前常用的編程方式有兩種，一種是示教編程，一種是離線編程。離線編程因為相對于示教編程具有許多優(yōu)勢，應用范圍日趨廣泛。機器人的離線編程技術直接關系到機器人執(zhí)行任務的運動軌跡、運行速度、運作的精確度，對于生產(chǎn)制造起著關鍵作用。因此，機器人離線編程成為一項備受關注的學科。
ABB雙臂協(xié)作機器人組裝產(chǎn)品
機器人離線編程優(yōu)勢突出
機器人離線編程技術在很多領域已經(jīng)取代示教編程技術，成為機器人編程的首選，與其諸多優(yōu)勢不無關系。
首先，機器人離線編程技術將工程師從嘈雜的工作現(xiàn)場解放，讓其可以在安全舒適地環(huán)境中進行編程，極大地改善了工作體驗。對于示教編程，不管是手動引導機器人末端執(zhí)行機構進行動作，還是通過示教器進行示教，對工作人員的體力都造成了負擔。此外，囿于機器人的示教器形態(tài)各異，操作方式也不相同，要熟練掌握一個品牌的機器人示教編程需要花費大量的時間，而當你再去操作另一品牌的機器人，工業(yè)機器人維修，可能需要從頭再學一遍。這使得機器人編程工作的從業(yè)者更樂意選擇離線編程的方式來開展工作。
其次，在操作過程中，因為無法進行軌跡優(yōu)化，僅能憑經(jīng)驗來執(zhí)行，可能導致機器人的位姿動作出現(xiàn)奇異點，降低機器人的零件壽命。而且動作的精度、準確性等都靠人眼來識別，待加工產(chǎn)品的質(zhì)量無法保證。還有，離線編程不占用機器人的工作時間，還能提前做好準備工作，當任務切換時，需要的時間較少，減少對企業(yè)制造資源的浪費。因此，站在企業(yè)的角度，機器人離線編程也具有不可忽視的優(yōu)勢。
機器人離線編程聯(lián)接智造未來
除了對從業(yè)人員、企業(yè)的有力吸引外，離線編程軟件廠商也提供了諸多方便，讓編程過程更為簡單快捷。
目前市場上的通用型的機器人離線編程軟件支持各種型號的機器人。為了減少編程的工作量，不少軟件廠商提供機器人的3D模型數(shù)據(jù)庫任君選擇。軟件還提供軌跡優(yōu)化功能，軌跡優(yōu)化能夠優(yōu)化機器人的運動軌跡，防止造成部分零件超負荷運轉(zhuǎn)，延長機器人的使用壽命。
機器人編程需要首先建立全3D的模型環(huán)境，這曾經(jīng)是編程中的一份額外工作，也是很多機器人離線編程人員覺得麻煩之處，但是現(xiàn)在，隨著企業(yè)以3D模型作為主要的產(chǎn)品設計基礎數(shù)據(jù)，CAD/CAM一體化成為趨勢，以PTC、西門子為代表打造的DigitalTwin的理念深入人心，這些額外的工作不僅不是一種負擔，而是一種長遠的技術儲備。借助大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)雙胞胎等技術及理念，機器人的工作狀態(tài)將與虛擬世界的模型進行比對，通過仿真技術及大數(shù)據(jù)分析對虛擬環(huán)境中的機器人施加與物理世界相同的工況條件，可以分析機器人的整體狀態(tài)，是否有零件損壞等信息，庫卡機器人驅(qū)動器維修，提前對機器人進行預測性維修維護，真正提高企業(yè)設備綜合利用率（OEE）。同時，也可以通過建立數(shù)字工廠模型，對整個工廠的運營進行可視化的管理，從全局把握企業(yè)整體經(jīng)營情況。
挑戰(zhàn)與機遇并存
當然，目前機器人離線編程也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中最主要的就是離線編程的誤差問題。因為在軟件中進行編程的時候，運用的是虛擬的坐標系，而這個坐標系與實際的坐標系之間存在著差異，怎樣保證兩者完全一致就需要不斷地將程序應用到實際的機器人中進行運動調(diào)試。雖然目前眾多的廠商都給出了各自的解決方案，如安川Motocalv離線編程軟件提供了安裝誤差校準和用戶坐標系校準法，國產(chǎn)的RobotArt也提供了通過三點或者多點測量來校正的方法。這些方法仍然需要在實際工作中校驗后對程序進行修改，無形中增加了編程的工作量，也制約了編程技術的進一步應用。
現(xiàn)在，也有些專家嘗試利用傳感技術及視覺技術，來達到機器人的自我路徑校正，如韓國PyunghyunKim將線結構光視覺傳感器安裝在焊接機器人末端，對結構化環(huán)境下的自由表面焊縫進行了自主焊接。而歐姆龍也推出了可以識別乒乓球，并做出回拍動作的可與人類打乒乓球的機器人教練。
展望
談機器人離線編程的未來，不得不談工業(yè)機器人的未來。作為一種靈活的生產(chǎn)加工工具，工業(yè)機器人具備天然的優(yōu)勢，通過更換不同的機器人末端執(zhí)行機構，可以滿足不同的加工需求，如切割、焊接、打磨、噴涂等等。通過添加輔助設備，機器人甚至可以加工體積遠大于自身的各種零件，庫卡機器人何服電機維修，而不必如數(shù)控機床一般，受限于機床內(nèi)部的加工空間，而不得不將大型產(chǎn)品拆分后加工，再采用焊接或者鉚接等多種方式進行聯(lián)接。這種整體加工能力或許可以改變制造業(yè)的材料加工模式，成為繼3D打印之后的另一種新工藝。
工業(yè)機器人的廣泛應用必將極大地促進離線編程技術的發(fā)展，隨著機器視覺、物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術、機器學習等技術的發(fā)展，工業(yè)機器人也許并不需要人工來規(guī)劃路徑，而是能夠借助各種傳感技術、軟件算法來識別被加工零件，自行設計可行的加工步驟，成為真正意義上的智能裝備。機器人離線編程技術進化的終極目標，便是離線編程技術的淘汰，智能化的興起。