工业机器人四种编程技术
  
　　1. 示教编程技术
 
　　（1）在线示教编程 通常由操作人员通过示教盒控制机械手工具末端到达指定的姿态和位置，记录机器人位姿数据并编写机器人运动指令，完成机器人在正常加工中的轨迹规划、位姿等关节数据信息的采集、记录。  示教盒示教具有在线示教的优势，操作简便直观。示教盒主要有编程式和遥感式两种。例如，采用机器人对汽车车身进行点焊，首先由操作人员控制机器人达到各个焊点对各个点焊轨迹通过人工示教，在焊接过程中通过示教再现的方式，再现示教的焊接轨迹，从而实现车身各个位置各个焊点的焊接。但在焊接中车身的位置很难保证每次都完全一样，故在实际焊接中，通常还需要增加激光传感器等对焊接路径进行纠偏和校正（2）激光传感辅助示教  在空间探索、水下施工、核电站修复等极限环境下，操作者不能身临现场，焊接任务的完成必须借助于遥控方式。环境的光照条件差，视觉信息不能完全地反馈现场的情况，采用立体视觉作为视觉反馈手段，示教周期长。激光视觉传感能够获取焊缝轮廓信息，反馈给机器人控制器实时调整焊枪位姿跟踪焊缝。哈尔滨工业大学高洪明等提出了用于遥控焊接的激光视觉传感辅助遥控示教技术，克服了基于立体视觉显示遥控示教的缺点。通过激光视觉传感提取焊缝特征点作为示教点，提高了识别精度，实现了对平面曲线焊缝和复杂空间焊缝的遥控示教。
 
　　（3）力觉传感辅助示教   由于视觉误差，立体视觉示教精度低，激光视觉传感能够获取焊缝轮廓信息，反馈给机器人控制器实时调整焊枪位姿跟踪焊缝。但也无法适应所有遥控焊接环境，如工件表面状态对激光辅助示教有一定影响，不规则焊缝特征点提取困难，为此哈尔滨工业大学高洪明等提出了“遥控焊接力觉遥示教技术”，采用力传感器对焊缝进行辨识，系统结构简单，成本低，反应灵敏度高，力觉传感与焊缝直接接触，示教精度高。通过力觉遥示教焊缝辨识模型和自适应控制模型，实现遥示教局部自适应控制，通过共享技术和视觉临场感实现人对遥控焊接遥示教宏观全局监控。
 
　　（4）专用工具辅助示教   为了使得机器人在三维空间示教过程更直观，一些辅助示教工具被引入在线示教过程，辅助示教工具包括位置测量单元和姿态测量单元，分别来测量空间位置和姿态。由两个手臂和一个手腕组成，有6个自由度，通过光电编码器来记录每个关键的角度。操作时，由操作人员手持该设备的手腕，对加工路径进行示教，记录下路径上每个点的位置和姿态，再通过坐标转换为机器人的加工路径值，实现示教编程，操作简便， 精度高，不需要操作者实际操作机器人，这对很多非专业的操作人员来说是非常方便的。  ??借助激光等装置进行辅助示教，提高了机器人使用的柔性和灵活性，降低了操作的难度，提高了机器人加工的精度和效率，这在很多场合是非常实用的。
 
　　2. 离线编程技术

       与在线编程相比，离线编程具有如下优点：
 
　　①减少停机的时间，当对下一个任务进行编程时，机器人可仍在生产线上工作。
 
　　②使编程者远离危险的工作环境，改善了编程环境。
 
　　③使用范围广，可以对各种机器人进行编程，并能方便地实现优化编程。
 
　　④便于和CAD/CAM 系统结合，做到 CAD/CAM/ROBOTICS一体化。
 
　　⑤可使用高级计算机编程语言对复杂任务进行编程。
 
　　3. 自主编程技术

       随着技术的发展，各种跟踪测量传感技术日益成熟，人们开始研究以焊缝的测量信息为反馈，由计算机控制焊接机器人进行焊接路径的自主示教技术。
 
　　（1）基于激光结构光的自主编程 基于结构光的路径自主规划其原理是将结构光传感器安装在机器人的末端，形成“眼在手上”的工作方式，利用焊缝跟踪技术逐点测量焊缝的中心坐标，建立起焊缝轨迹数据库，在焊接时作为焊枪的路径。   图6 基于结构光的路径自主编程  韩国Pyunghyun Kim 将线结构光视觉传感器安装在 6 自由度焊接机器人末端，对结构化环境下的自由表面焊缝进行了自主示教。在焊缝上建立了一个随焊缝轨迹移动的坐标来表达焊缝的位置和方向，并与连接类型（搭接、对接、V 形）结合形成机器人焊接路径，其中还采用了 3 次样条函数对空间焊缝轨迹进行拟合，避免了常规的直线连接造成的误差，传感器扫描焊缝为获取焊接路径  。
 
　　（2）基于双目视觉的自主编程 基于视觉反馈的自主示教是实现机器人路径自主规划的关键技术，其主要原理是：在一定条件下，由主控计算机通过视觉传感器沿焊缝自动跟踪、采集并识别焊缝图像，计算出焊缝的空间轨迹和方位（即位姿），并按优化焊接要求自动生成机器人焊枪（Torch）的位姿参数。
 
　　（3）多传感器信息融合自主编程 有研究人员采用力控制器，视觉传感器以及位移传感器构成一个高精度自动路径生成系统，该系统集成了位移、力、视觉控制，引入视觉伺服，可以根据传感器反馈信息来执行动作。该系统中机器人能够根据记号笔所绘制的线自动生成机器人路径，位移控制器用来保持机器人T C P点的位姿，视觉传感器用来使得机器人自动跟随曲线，力传感器用来保持TCP点与工件表面距离恒定。    基于视觉、力和位置传感器的路径自动生成系统

        4. 基于增强现实的编程技术

       增强现实技术源于虚拟现实技术，是一种实时地计算摄像机影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并互动，增强现实技术使得计算机产生的三维物体融合到现实场景中，加强了用户同现实世界的交互。将增强现实技术用于机器人编程具有革命性意义。  增强现实技术融合了真实的现实环境和虚拟的空间信息，它在现实环境中发挥了动画仿真的优势并提供了现实环境与虚拟空间信息的交互通道。例如一台虚拟的飞机清洗机器人模型被应用于按比例缩小的飞机模型。控制虚拟的机器人针对飞机模型沿着一定的轨迹运动，进而生成机器人程序，之后对现实机器人进行标定和编程。  基于增强现实的机器人编程技术（RPAR）能够在虚拟环境中没有真实工件模型的情况下进行机器人离线编程。由于能够将虚拟机器人添加到现实环境中，所以当需要原位接近的时候该技术是一种非常有效的手段，这样能够避免在标定现实环境和虚拟环境中可能碰到的技术难题。增强现实编程的架构如图9所示，由虚拟环境、操作空间、任务规划以及路径规划的虚拟机器人仿真和现实机器人验证等环节组成。