揭秘机器人离线编程

'它太复杂了。您需要博士使用它。只有深口袋的大公司都有那种时间。有太多变量;软件不能处理所有这些。这就是我们如何始终完成它。

这些借口我们都听过了。尽管离线编程(OLP)已经取得了长足的进步，但这种误解仍然挥之不去。

旧学校的思维是怀疑论之一，离线编程是不达到任务的。焊接行业的许多机器人编程仍然是手动完成的，通过教学吊坠的繁琐点。许多人仍然记得机器人的Ole天过度和交付的机器人。这一次，梦想家和独特的工作是超出你的期望。

仿真和离线编程软件已进化．它更聪明，更快，更灵活可靠。我们易于使用的新时代。今天，我们聚集在一起第三方OLP软件供应商，帮助我们揭开机器人的柔软方面。

OLP与模拟
大多数模拟和OLP解决方案提供商会告诉您，这不是其中之一。模拟和离线编程是相辅相成的。通常，这两个术语可以互换使用。但这是有区别的。您可以在没有脱机编程的情况下进行模拟，但不可能在没有模拟的情况下进行脱机编程。

模拟已经存在多年。机器人仿真是机器人或生产线的3D表示。它目视演示机器人如何沿着从一个XYZ坐标到另一个XYZ坐标的路径或轨迹移动。它可以包括安装在外轴上的多个机器人，使用多轴工件定位器，或在装配线上配为。

所有这些运动都可以变得复杂。这就是为什么我们有数学家和工程师，软件背后的大脑。

“很多客户购买机器人认为它会像CNC一样。这是不是这种情况，“加拿大蒙特利尔罗伯克公司首席执行官Albert Nubiola说。“CNC很容易编程。工作空间已正确定义。这就像一个立方体。然而，机器人有一个球形工作空间，并且由于联合限制和机器人奇点（机器人运动没有数学上的点数不可预测的点），你不能做一些类型的运动。离线编程有助于在编程机器人时避免这些错误。

“在机器人加工中，可能有数百至数千点，”继续努比拉。“没有人能够使用教学吊坠来编程这一点。你绝对需要软件能够执行那个离线。“

仿真可以用于概念证明，作为机器人集成商的销售工具，以证明机器人系统如何执行。通过仿真，您可以检测机器人，工具，夹具和任何安全围栏之间的可能碰撞。它可以分析联合限制，奇点和达到问题。此外，仿真可以揭示一系列延时问题，节省时间和金额。

然后脱机编程然后使用该模拟来输出您加载到物理机器人控制器上的特定机器人代码并运行程序。后处理器将编程代码转换为机器人可以理解的语言。不同的机器人制造商每个都有自己的专有编程语言。必须多种语言，第三方软件解决方案甚至是最具费用的机器人品牌。

当OLP有意义时
我们的行业专家表示，离线编程的主要动力是机器人停机时间，即用一个teach吊坠一点一点地手动编程机器人所需的时间。还有与机器停机时间和程序员的劳动相关的成本。

“如果最终用户手动编程教学吊坠（在线）上的机器人（在线），他们必须关闭生产以便编程该部分，”奥辛普斯公司销售总监Rob House表示，加拿大滑铁卢斯销售总监。“The benefit of using offline programming is you can be running production and you can program your next two, three or five parts offline in the software and then once you’re ready to start a new job, you can just switch over the program and then start your production again.”

离线编程最适合需要大量点的复杂路径规划应用，如焊接，修剪，激光切割，去毛刺，热喷涂，涂漆，激光熔覆和添加剂制造。OLP最不适合简单的拾取应用，装配，包装和码垛。这些应用程序仍然可以使用离线软件解决方案进行编程，但用户可能无法实现其投资回报率。对于只有四个或五个点的流程，手动编程更具成本效益。

“If you’re spending as much time programming in software as you do with a teach pendant every single time you have a new part, you’re not any better off,” says Garen Cakmak, Senior Director at Hypertherm Robotic Software Inc. in Montreal, Canada. “For robots to be utilized in a high-mix, low-volume environment, software needs to be easy.”

提高易用性是这些软件开发人员的首要任务。但如果他们不准确反映现实，模拟和奥尔普是毫无意义的。

校准,不偏离
对于OLP工作，虚拟世界必须与现实世界相匹配。模拟必须准确地代表物理机器人细胞。不要让偏差或差异绊倒你。

“OLP软件中的虚拟环境必须是商店地板上实际工作单元的精确复制，这在大多数情况下并非如此，”Cenit North Americal，Inc.的数字工厂解决方案副总裁兼奥本丘陵，密歇根州。“CAD模型与与CAD模型相关联的物理部分之间的偏差可能是轻微或显着的，特别是与少于完美的工具。我们仍然看到主要问题，人们说我们不能这样离线，因为这些偏差。“

然而，这些偏差并非不可克服。校准是至关重要的。

“如果我们偏离几毫米或几厘米，你就可以创建任意多的离线程序，”齐维尔斯说，“它们永远都不适合。”我们必须确切地知道机器人是如何在车间安装的，而且必须没有任何偏差，否则OLP将无法工作。刀具路径，轨迹总是偏离。这就是克朗的情况。”

Crown Equipment Corporation是世界上最大的动力叉车制造商之一。他们在德国铸造的设施拥有几个复杂的机器人焊接系统，外轴和多轴工件定位器，每个细胞最多可达13个轴。面对生产瓶颈，由耗时的手工机器人编程引起，皇冠销德国决定探讨离线编程的可行性。他们的旅程并没有没有几个打嗝。

起初，Crown团队的一些成员对OLP在保持易用性的同时处理细胞复杂性的能力持怀疑态度。其他人则渴望尝试一下。

Cenit是两个供应商之一，带来了参与基准研究。Ziewers表示，他们采用了Crown自动化集成商提供的CAD图纸，并在SpetSuite Edition 2软件中创建了虚拟机器人工作组。根据这些图纸，他们创建了机器人程序并在物理工作台上运行它。但有些东西已经关闭了。

“客户说这正是我们所想的，离线编程是不可能的。上一个OLP软件供应商无法让它运行，看起来你的软件也无法做到这一点，”Ziewers回忆道。“他们不知道的是，来自集成公司的图纸不再匹配集成商如何设置细胞。”

Cenit工程师在现场到达，以物理校准皇冠的工作组。

“我们从维度上发现了差异，”齐维尔斯说。“我们将这些差异应用到FASTSUITE Edition 2软件中，然后根据虚拟世界中的新设置调整离线程序。这与车间的物理设置完全匹配，机器人程序运行完美。”

观看Cenit的3D模拟和冠焊接电池在动作．

CENIT的软件将REIS电弧焊接机器人与多轴工件定位器的运动坐落在外轴上。过去几天用于手动编制新部分的东西，现在只需几个小时即可。生产中断和停机时间明显减少。焊接质量始终如一地满足客户的高标准。获得完整的故事．

Ziewers表示，Crown的最高管理层已经注意到了这一点:“他们不仅对从手工教学到离线编程和模拟的平稳过渡感到高兴，而且客户还使用我们的FASTSUITE Edition 2软件进行预生产可行性研究。他们实际上在模拟过程中发现了工具缺陷和工艺缺陷，并在开始生产工具之前向他们的工程师提供了修复反馈。他们没有在最后一刻才发现，而是能够在任何金钱浪费之前提前发现这些工程缺陷。”

他认为校准过程是有助于申请的成功。重要的是要考虑与正在处理的物理部分相关的CAD模型。

“从压力机中出现的部分或者死亡的部分从未具有相同的形状，它应该基于3D CAD模型。制造和CAD模型始终存在差异。在钣金应用中，例如，回弹。“

CENIT在FastSuite版本2中具有校准工具，如三点变换，多点最佳校准和过程探测功能，有助于解决与回弹和其他变量相关的问题，导致物理部分与CAD模型不同。例如，多点最佳拟合校准工具在零件上挑选10到15个随机点，然后将它们送回OLP系统，该系统将该部件校准到虚拟单元中的机器人的工作包络。

这些校准工具来源于CENIT在制造领域多年的实践经验，与大型航空航天客户合作。从大型OEM厂商到底特律服务于汽车行业的小型激光车间，CENIT已经与许多公司合作。这种知识的广度涉及到软件开发。

在今年的IMTS秀，CENIT发布了最新版本的FASTSUITE Edition 2．该软件扩展了用于复杂机器人应用的OLP产品，包括单元布局规划、PLC验证和虚拟调试。

“像FastSuite Edition 2这样的3D模拟平台的最终目标是为制造自动化控制工程师提供软件环境，以验证其PLC，梯形逻辑，HMI和OLP，并在实际工作单元之前在虚拟世界中调试它们建造，“Ziewers说。

当正确校准时，虚拟世界就像一个水晶球进入物理世界。检查门口的偏差。

更容易使用，无需专业知识
关于离线编程的另一个误区是，它太复杂、太难使用，并且需要专门的专业知识。模拟和OLP软件的供应商正在努力证明这些假设是错误的。

“人们认为，因为机器人是一个复杂的设备，那么离线编程也是一个复杂的工具，”Hypertherm的Cakmak说。“这是最大的误解之一。对于人们采用更多机器人，我们必须提供使最终用户体验同时非常轻松而灵活的工具。“

Hypertherm努力使机器人编程尽可能简单地与其“基于任务的编程”方法进行仿真和OLP软件。

“焊工是工艺专家。他不一定是CAD/CAM编程专家或机器人专家，”Cakmak说。“基于任务的编程去掉了所有机器人编程的复杂性、CAD/CAM和机器人专业知识，真正赋予了过程专家权力。”

通过基于任务为基础的程序设计的流程专家是Hypertherm的RobotMaster离线编程软件的基础。公司发布了最新版本，Robotmaster V7今年6月，她在Automatica发表了演讲。一个从头构建的全新体系结构使OLP软件更易于使用，并为增强功能和灵活性铺平了道路。

Cakmak表示，Robotmaster通过优化机器人轨迹并自动解决机器人错误和碰撞来大大减少离线编程时间和精力。它适用于简单但功能强大，直观的用户界面，包括优化零件放置，工具倾斜和对外轴有效控制的工具。它允许最终用户和集成器最大化机器人的功能。

在最近的一个案例研究中，RobotMaster软件在编程数百点进行繁琐过程中，一个应用程序，如果手动编程将需要花几个月。背景是德国北部，高速列车常常穿越城市景观。跟上铁路维护是全球铁路和运输服务的持续问题，但该地区的列车频率是一个日益增长的交通问题。滚动接触疲劳是火车的车轮符合轨道的主要问题。

为了帮助弥补铁路磨损的迹象，德国公司NSI CAD / CAM Technik和Mevert Maschinenbau协同开发了一种轨道铣削技术，以平稳和重新配置轨道表面。可逆轨板几乎每天都会变成，或者被更换。这是由四名维护工人手动完成的。现在该过程已经使用机器人自动化。

机器人在每个轨道板上拆卸和紧固数十个螺纹螺栓。用Robotmaster软件对720个启动位置进行编程。

“你有数百个洞，你必须参与这个机器人，”Cakmak解释道。“使用我们的软件（以及导轨板的CAD模型），您可以非常快速地编程过程。它自动检测孔，创建拧紧循环，将螺栓带入正确的位置，同时始终检查机器人错误和冲突。它验证过程，然后输出无错误的机器人程序。“

使用RobotMaster OLP软件允许人员专注于其他维护工作，而机器人确保它不会错过任何螺栓。而不是原来的四个，只需要两个维护工作者来新的机器人过程，节省了everver大量的成本。

在工作的是一个合作机器人，或cobot，来自万能机器人。这些动力和力限制机器人允许操作人员在不需要精心设计的安全围栏的情况下近距离工作。稍后我们将更多地介绍这些自由放养的合作机器人，以及为什么它们也能从离线编程中获益。

高混合低卷，没问题
为用户提供脱机编程，有助于促进更广泛采用机器人流程。机器人不再是具有深口袋和大批量生产的专属领域。小型和中型企业（中小企业），甚至妈妈和流行的工作商店，可以进入行动。当您在准备就绪的最新仿真和离线编程工具时，高混合，低批量生产不再是约束。

“我们有一些客户拥有正在运行机器人的机器人工程师，并且非常能够手动编程。他们也很有能力，软件有能力，“Octopuz的销售总监说。“我们有其他刚刚开始自动化的公司。他们的员工没有机器人工程师。他们很难找到，它们可能是昂贵的。他们可能会促进手动焊机现在与机器人合作，他可能没有太多的经验。

“我们采取的方法是，任何人都应该能够给机器人编程，”House继续说。“我们的合作对象从来没有接触过机器人，也不经常使用软件。这需要更多的训练，但我们肯定能让他们适应编程机器人。”

Accumetal Manufacturing Inc.是一家为越野设备行业生产高混合组装组件的公司，包括采矿设备的组件。这家加拿大公司只有不到100名员工，他们成功的核心是熟练的焊接技术。

经过多年的手动编程他们的松下机器人，工作量增加到累积所需的水平，从而减少焊工。他们在2018年初获得了一种新的机器人焊接细胞，并为僵化和OLP软件解决方案寻求OCTOPUZ。

新单元由一个六轴松下焊接机器人和一个单轴主轴箱/尾座工件定位器组成。豪斯说，这种类型的电池在焊接行业非常流行。见Accumetal的新电弧焊电池在行动．

“我们的软件容易处理所有七轴，”房子说。“我们可以将部分索引到位并焊接它，或者我们可以支持机器人和定位器同时移动的协调运动。”

OCTOPUZ为Accumetal增加了对松下机器人的支持。该软件很容易地将编程代码转换为松下机器人特定的代码。

“这是使用我们软件的好处之一。我们以完全相同的方式编程每个机器人，“房子说。“你可以编程三个不同的机器人来做同样的过程，软件会将它转换为每个机器人代码。”

这也允许应用灵活性。房子说它允许用户随自动化增长。公司目前可能正在使用该软件进行焊接。例如，如果他们希望将来进行修剪应用程序，他们可以使用它们相同的软件座位来编程该应用程序。

“这也让他们可以做更多的工作，”豪斯说。“许多公司会有一个焊接机器人，但他们只能在机器人上运行一两个部件。其他的可能都是手工焊接的，因为他们不确定机器人能不能处理。但有了离线编程，你可以进行研发和测试，以确保你可以焊接一个新部件。你是在舒适的办公室和电脑里做这些事情的。这可以让你开始为你的机器人打开新的工作机会。”

除了帮助Accumetal减少编程时间，OCTOPUZ还能够帮助他们的新客户减少机器人停机时间，满足生产需求。客户报告说，他们最初的编程时间减少了一半。查看完整的案例研究．

Accumetal的电池还使用过弧焊缝跟踪(TAST)来实时跟踪焊缝。这是在机器人需要在飞行中调整轨迹的情况下，如CAD模型和实际零件不匹配时，如前面关于校准的讨论中提到的。

“我们在焊接行业做了很多事情，”房子说。焊接对于没有精确的零件是臭名昭着的，特别是对于CAD。可能有很多差异。激光非常受欢迎。您可以在我们的软件中创建一条路径，然后使用激光缝跟踪器，如果零件不完美，它将修改我们的路径以遵循该接缝。触摸感测的同一件事。机器人将焊接线触摸到不同位置的零件以定位该部件。然后，基于我们的程序与物理部分之间的任何差异，它将修改焊接路径匹配零件。“

House表示，他们对焊接有深入的支持，仅焊接应用就有200多个不同的变量。您可以修改变量，如火炬倾斜，火炬扭转，推/拉角度，和触摸传感。

“而不是进入并改变每个焊接的所有这些东西，这显然是耗时的，我们有一些被称为快速焊接的东西，”他说。“你可以基本保存食谱。我们的大多数职业用户将保存10或12个食谱，永远不会回到这些变量。然后他们只是点击快速焊接并选择其食谱。当他们单击接缝时，它将自动使用它们已保存的所有变量。创造大量焊接是一种非常快速的方法。“

在最新的OLP和模拟工具中也很常见的是拖放功能。一切都是非常直观的设计，进一步促进易用性。

“不用插入数字来定位组件，你可以简单地从目录中拖拽它，然后把它固定在类似于机器人基座的东西上，”House说。“你可以拖动你想要使用的工具，它会自动贴合到机器人的尾部。你甚至可以将鼠标悬停在一个部分上，它将高亮整个工具路径围绕该部分进行一些类似修剪的操作。然后你只需点击一次，它就会开发出整个路径。”

2018年初，软件开发人员推出OCTOPUZ 2.0，推出了一个全新的发动机和界面。House表示，它包括从以前版本的显着图形升级。它还能够使用更大的CAD几何和更大的文件。功能强大的新架构支持许多新功能，包括自动路径求解，电缆包装仿真和虚拟现实支持。

一个OLP工具，多个机器人品牌
第三方仿真和离线编程软件的一个关键优势是它的通用性。大多数公司可以管理多个机器人品牌。这与机器人制造商提供的OLP解决方案形成了鲜明的对比。机器人OEM软件是专有的，只针对该品牌。

OCTOPUZ的软件中有一个在线组件目录。豪斯说，他们的库中有数千个部件，包括所有主要的机器人品牌及其各种型号。

“我们此时支持大约15个不同的品牌，”众议院说。“编程ABB，对Kuka进行扇动，编程过程没有区别为此。许多我们使用多个机器人品牌的集成商。而不是学习许多不同的工具来编程每个工具，而不是学习每个不同的工具，而是发现它有利于有一个工具来编程它们。“

甚至更容易，Cobots和OLP合作
合作机器人也没有被冷落。OLP软件也支持这些机器人叛军。合作机器人通常可以通过这类机器人常见的引导式教学功能“教授”一条预期的路径，你只需将手臂推到想要的位置，并记录点。然而，复杂的边缘跟踪任务通常需要比这些协作机器人附带的标准平台更复杂的编程解决方案。我们的第三方OLP供应商再次伸出援手。

Octopuz和Robodk都是通用机器人UR +解决方案程序的一部分，用于证明与UR Cobots的即插即用兼容性的产品。

豪斯表示，他们有很多客户使用UR合作机器人。胶水分配是这些轻量级、功率和力限制机器人的流行应用，它们可以在靠近人类同事的狭小空间工作，通常没有安全笼子。他说，OCTOPUZ还与FANUC CR系列合作机器人和KUKA LBR iiwa合作机器人合作。

“这一切都取决于应用程序，而不是机器人，”豪斯说。“对于只有4到5个点的拾取和放置应用程序，你可以手动拖动机器人手臂从一个点拖动到另一个点。但如果你有一个复杂的沿边分配程序你想用一个UR机器人，你可以手动编程，但这将非常耗时。这就是软件的作用所在。”

RoboDK仿真和OLP软件帮助研究人员在美国宇航局兰利研究中心使用协作机器人自动化新型飞机检测方法。UR10 Cobots配备了FLIR红外检查摄像头。这些热敏传感器可以通过通过结构通过结构的热量来检测复合飞机机身中的材料或结构缺陷，而不会损坏它们。

检查系统庞大，繁重，必须穿过机身的整个外部和内部表面。因此，虽然Ur Cobots处理繁重的升降，Robodk软件模拟和编程检查模式，确保机器人不会错过任何区域。

但是，既然合作机器人应该很容易编程，为什么还要离线编程呢?

RoboDK的Nubiola解释说:“他们的用户界面非常简单，但它是为从未编程过机器人的人设计的。”“如果你想把机器人从A点移动到B点，那很容易。大概10岁的孩子都能做到。但只要你想做一些更复杂的事情，万能机器人可能比其他机器人品牌更复杂。”

对于像NASA的检测系统这样复杂的过程，热传感器要分析数百个点，OLP软件是很简单的。手动操作甚至点对点机器人编程都是乏味的，一个机器人和一个操作员可以完成的事情需要三到四个人来完成。

通过校准机器人、机身和检测工具的3D CAD模型，NASA使用RoboDK软件不仅可以生成机器人路径，还可以测试最有效的路径。用机器人来实现这一过程的自动化，还可以创建检测的数字数据，这些数据可以保存在车辆记录中。在相同区域的后续测试结果可以揭示结构和材料随时间的变化。

查看NASA的机器人检查系统和Robodk接口在动作中。

使用一个带轮子的合作机器人的检查系统已经在美国宇航局进行了大约一年的测试。Nubiola表示，该系统的新版本使用两个UR10合作机器人在同一条直线轨道上工作，已经进行了几个月的测试。这加快了检查时间，并节省了操作人员从机身的一个部分反复推着机器人到另一个部分。两个合作机器人的动作在RoboDK模拟和后续程序中进行协调。新的设置使该系统更接近生产场景。

更少的时间编程，更多的时间生产
在完美世界中，虚拟解决方案应该复制物理世界，这种状态是很难达到的。但是，部分和过程的差异或偏差可能会影响模拟和离线编程设置。这就是校准的关键所在。复杂的机器人流程和复杂的软件不再是大型企业的专有领域。高混合，低产量的工作商店可以加入OLP的行列。合作机器人也可以。

是的，痛苦不断增长。但离线编程软件已成为年龄，具有更好的功能，易用性和可靠性。花费更少的时间编程和更多的时间。OLP取决于任务！你是？

本文介绍的RIA成员:
CENIT北美公司
Hypertherm Robotic Software Inc.
octopuz Inc.
RoboDK Inc .)