离线编程系统的要求与组成详解

工业机器人离线编程系统是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的几何模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规划；并通过三维图形动画仿真编写的程序，以检验编程的正确性，最后将生成的代码传到机器人控制器。

1.离线编程系统的要求

工业机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓展，通过该系统可以建立机器人和CAD/CAM系统之间的联系。设计离线编程系统时应考虑以下几方面的内容：

（1）所编程的机器人工作过程的知识；

（2）机器人和工作环境三维实体模型；

（3）机器人几何学、运动学和动力学的知识；

（4）基于图形显示的软件系统、可进行机器人运动的图形仿真；

（5）轨迹规划和检查算法，如检查机器人关节角超限与否、检测碰撞情况，以及规划机器人在工作空间的运动轨迹等；

（6）传感器的接口和仿真，以及利用传感器的信息进行决策和规划；

（7）通信功能，以完成离线编程系统所生成的运动代码到各种机器人控制柜的通信；

（8）用户接口，以提供有效的人机界面，便于人工干预和进行系统的操作。

另外，由于离线编程系统是基于机器人系统的图形模型来模拟机器人在实际环境中的工作从而进行编程的，因此，为了使编程结果能很好地符合实际情况，系统应能够计算仿真模型和实际模型之间的误差，并尽量减小该误差。

2.离线编程系统的组成

工业机器人离线编程系统的组成如图7-27所示。一般来说，机器人离线编程系统包括以下一些主要模块：CAD建模、编程、图形仿真、传感器、用户接口以及后置处理等。(www.xing528.com)

图7-27　工业机器人离线编程系统组成

1）用户接口

离线编程系统的环境，必须便于人机交互。用户接口是人机交互的重要部分。

2）CAD建模

机器人离线编程与仿真必须实现机器人及其工作单元的图形描述，即建立工作单元中的机器人、夹具、零件和工具的三维几何模型。CAD建模需要完成以下任务：零件建模、设备建模、系统设计和布置、几何模型图形处理等。

3）图形仿真

用户在图形仿真模块中对任务规划和路径规划的结果进行三维图形动画仿真，以模拟整个作业的完成情况，检查发生碰撞的可能性及机器人的运动轨迹是否合理，并预计机器人的工作节拍。

4）编程

编程部分包括机器人及周边设备的作业任务描述（包括路径点的设定）、建立变换方程、求解未知矩阵及编制任务程序等。由于计算机程序语言能对几何信息直接进行操作且具有空间推理功能，因此它能方便地实现自动规划和编程。

5）传感器

传感器的应用大大提高机器人系统的智能性，机器人作业任务已离不开传感器的引导。因此，离线编程系统应能模拟传感器，生成传感器的控制策略，对基于传感器的作业任务进行仿真。

6）后置处理

后置处理的主要任务是把离线编程的源程序编译为机器人控制系统能够识别的目标程序，进而通过通信接口装到目标机器人控制柜，驱动机器人去完成指定的任务。