摘要：工业机器人常用的编程方法有示教编程与离线编程2种。
离线编程相对于示教编程，在工作环境、人机交互、材料损耗、质量效果、技术要求等方面存在较大的优势。
文章从实施条件、系统设置两方面分析工业机器人的离线编程方法。
关键词：工业机器人；示教编程；离线编程 随着现代工业机器人技术的快速发展，工业机器人编程操作的重要性日益突显。
工业机器人的传统编程方式是通过示教器完成，但通过示教器进行多路径复杂运动轨迹时，编程难度大，工作效率低。
针对这一问题，采用离线编程的解决方案 逐渐被越来越多的企业接受和认同。
01 采用离线编程的必要性示教编程是目前大多数工业机器人使用的编程方式，采用这种编程方法时，操作者需要在现场进行，而且还需具有丰富的实践操作经验。
对于初学者来说，实训现场操作存在一定的安全隐患，而离线编程就能有效解决这一问题。
离线编程的工作流程如图1 所示。
图1 离线编程流程图通常情况下，离线编程软件带有仿真功能，规划的运动轨迹可通过离线编程软件进行解释或编译，从而产生目标程序代码，在不接触工业机器人实际工作环境的情况下，实现操作者与真实的工业机器人进行交互作用，为工业机器人的操作带来了更为安全、便捷的途径。
离线编程的优势如表1 所示。
表1 离线编程的优势序号对比项示教编程离线编程1工作环境在实际工作环境下操作在虚拟环境下操作2人机交互编程时机器人停止工作编程时不影响机器人工作3材料损耗需提供场地、材料、气电只需在电脑上虚拟仿真操作，低损耗4质量效果运动轨迹取决于编程者的经验软件规划最佳运动轨迹5技术要求快速实现的直线或圆弧运动可实现复杂运行轨迹的编程综上所述，离线编程在工作环境、人机交互、材料损耗、质量效果和技术要求等各方面都要优于示教编程。
采用离线编程的方法，可以控制工业机器人进行各种复杂的工作运动，为工业机器人的操作带来了极大的便利性，从而减轻劳动者的工作强度，提高工作效率。
02 离线编程的实施条件要实现离线编程的实际应用，不能忽略示教编程，并且要充分考虑虚拟环境与实际工业机器人型号、机器人系统、工装夹具、操作对象以及周围环境等条件是否相互匹配。
因此，实现离线编程要满足以下基本条件：2.1 示教编程和离线编程相互补充示教编程是操作者通过示教器，使机器人运动到预定的位置，同时将该位置进行记录，并传递到机器人控制器中， 之后可根据指令自动重复该任务。
示教编程可快速实现平面 2D 运动控制，对于空间3D 曲线运动，特别是精度要求较高的马鞍形焊接，示教编程就远不如离线编程了。
只有采用示教编程和离线编程相结合，这样的离线程序才能实现完美。
2.2 离线编机器人设施与实际应用统一目前市场上的离线编程软件有很多，如Robotmaster、SprutCAM、Roboguide、Robotstudio、PQArt 等，无论使用哪款离线编程软件，都必须遵从虚拟环境与实际应用的工业机器人系统、型号和负载相互吻合。
在构建离线编程操作时要特别注意工业机器人选型的问题，否则会导致误操作、定位偏差以及离线程序代码无法被执行等严重后果。
2.3 离线编程机器人的末端执行器与实际应用统一在日常教学或生产活动过程中，如Roboguide 离线编程软件中使用的夹爪工具或其他工装夹具都要与实际应用一致。
可以使用如Solidworks、UG、PRO/E 等3D 设计软件，完成CAD 建模设计并把文件导入到Roboguide 离线编程软进行离线编程和仿真操作，当工艺成熟之后，可以把CAD 模型变成工程图纸并外包进行加工生产，实现真正的虚拟和实际工具应用相互统一。
2.4 离线编程操作对象与实际应用统一在操作工业机器人时，工具运动的坐标系称为TCP，简称UT，工件（物件）的位置称为用户坐标系UF。
由于CAD 模型和实际使用的工具是一致的，因此TCP 数值可以通过Roboguide 离线编程软件来获得，并把获得的TCP 坐标数值输入到实际对应的工业机器人中即可。
完成工具坐标系TCP 的统一之后，还要确保用户坐标系一致。
方法是通过户坐标系的三点法功能建立一致的用户坐标系。
需要特别注意的是，无论在软件的虚拟环境下还是实际应用中，都必须保证UT 和UF 使用的号数一致，否则离线程序将无法被执行。
2.5 离线编程虚拟环境与实际环境统一在Roboguide 虚拟环境下进行工业机器人离线编程时， 既需要考虑工业机器人实际运行轨迹的可靠性、安全性和工作效率，又需要考虑实际环境下的外部干涉条件，同时还要需要考虑实际工业机器人的控制信号及气动元件工作特性以及操作者和工业机器人工作安全性。
表2 是根据实际环境构建的虚拟方案，可为离线编程操作或售后服务人员提供参考。
表2 离线编程虚拟环境构建方案由表2 可知，只有充分保证虚拟环境和实际操作环境相吻合，才能最大限度保障离线程序的安全可靠性，才能保证离线程序在实际生产中的高效应用。
03 离线编程的系统设置离线程序的格式通常有TXT、LS、TP 和MOD 等后缀名。
在使用软件进行后置处理时，必须要选择正确的工业机器人品牌。
FANCU 工业机器人识别的运动程序后缀名为TP 格式，因此后置处理及程序导入导出时要特别注意。
在满足离线编程操作的条件下，通过Roboguide 软件进行离线编程操作时，离线程序一般存放在项目文件Robot_1 根目录的MC 文件夹下，可以通过工具下拉菜单快速找到项目文件的存放路径，然后使用U 盘（FAT32 格式的U 盘） 拷贝离线程序。
文件命名时要用英文加数字编排，否则无法导入进工业机器人系统内。
工作现场的工业机器人在完成UT 和UF 设置之后才能执行离线程序。
04 结语工业机器人离线编程是在非实际工作环境下进行的一种编程操作方式，只需通过CAD 软件设计配套的实际工装夹具和操作对象模型，再把CAD 模型文件导入到离线编程软件中，并搭建好与实际相符的虚拟环境即可实现。
产生的程序数据通过电脑编辑拷贝导入到工业机器人系统内就可以了，属于间接地对工业机器人进行编程操作。
因为离线编程操作导入的设计模型以及虚拟环境下工业机器人运动定位精度高，因此编写出来的程序精度比示教编程的精度要高很多，离线编程在操作上能更直观地优化编程操作，能提前预测干涉与碰撞检验、规划和调整运动轨迹，此方法值得在生产实践及学校教学中推广。
作者简介：辛健（1981-），男，广东广州人，广州市交通运输职业学校机械（数控）实验师，研究方向：工业机器人技术的实践与教学研究。
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