工業機器（qì）人四種（zhǒng）編程技術
  
　　1. 示教編程（chéng）技術
 
　　（1）在線示教編程（chéng） 通（tōng）常由操作（zuò）人員通過示教盒控（kòng）製機械手工具（jù）末端到達指定的姿態和位置，記（jì）錄機器人位（wèi）姿數據並編寫機器人運動指令，完成機器人在正（zhèng）常加工中的軌跡（jì）規劃、位姿（zī）等關節數據信息的采集（jí）、記錄（lù）。  示教盒示（shì）教具有在（zài）線示（shì）教的優（yōu）勢，操作簡便直觀（guān）。示教盒主要有編程式和遙感式兩種。例如，采用（yòng）機器（qì）人對汽車車身進行點焊，首先由操作人（rén）員控（kòng）製機（jī）器人達到各個焊點對各個點焊（hàn）軌跡通過（guò）人工示教，在焊接過程中通過示教再現的方式（shì），再現示教的焊接軌跡，從（cóng）而（ér）實現車身各個位置各個焊點的（de）焊接。但在焊接中車身的位置很難（nán）保證每次都完全一樣，故在實際焊接中（zhōng），通常還需要增加激光傳感器等對焊接（jiē）路徑進行糾偏和校正（2）激光傳感輔助示教  在空（kōng）間探索、水下施工、核電站修複等極限環境下，操作者不能（néng）身臨現場，焊接任務的完成必須借助於遙控方式。環境的光照（zhào）條件差，視覺信息（xī）不能完全地（dì）反饋現場的情況，采用（yòng）立體視覺作（zuò）為視覺反饋手段，示（shì）教周期長。激光視覺傳感能夠獲取焊縫輪廓信息，反饋給機（jī）器人控製器實時調整焊槍位姿跟蹤焊縫（féng）。哈爾濱工業大學（xué）高洪明等提出了用於遙控焊接的（de）激光視覺傳感輔助遙控示（shì）教技術，克服（fú）了基於立體（tǐ）視覺顯（xiǎn）示遙控示教的缺點（diǎn）。通過激光視覺傳感提取焊縫特征點作為示（shì）教點，提高了識別精度，實現了對平麵曲線焊縫和複雜空間焊縫的遙控示教。
 
　　（3）力覺傳感輔助（zhù）示教   由於視覺誤差（chà），立體視覺示教精度低（dī），激光視覺傳感能夠獲取焊（hàn）縫輪廓信息，反饋給機器人控製器實時（shí）調整焊槍位姿跟蹤焊縫。但也無法適應所（suǒ）有遙控焊接（jiē）環境，如工件表麵狀態對激光輔（fǔ）助示教有一定影響，不規則焊縫特征點提取困難，為此哈爾濱工業大學（xué）高洪明等提出了“遙控（kòng）焊接力覺（jiào）遙示教技術”，采用力傳感（gǎn）器對焊縫進（jìn）行辨識，係統結構簡單，成本低，反應靈敏度高，力覺傳感與焊縫（féng）直接接觸，示教精度高。通過力覺遙示教焊縫辨識模型和自適應（yīng）控製模型，實現遙示教局部自適應控製，通過共享技術和視覺臨場感實現人對遙（yáo）控焊接遙示教宏觀全局（jú）監控（kòng）。
 
　　（4）專用工具輔助示教   為了使得（dé）機器人在三（sān）維空間示教過程更直（zhí）觀（guān），一些輔助示教（jiāo）工具被引入在線示教過程，輔助示教工具（jù）包括位置（zhì）測量單元和姿（zī）態測量（liàng）單元，分別來測量空間（jiān）位置和姿態。由兩個手臂（bì）和一個手腕組成，有（yǒu）6個自（zì）由度，通過光電編碼器來記錄每個關鍵的角度。操作時，由操作人（rén）員手持該設備（bèi）的手腕，對加工路徑進行示教，記錄下路徑上每個點的位置和姿態，再通過坐標轉換為機器人的（de）加工路徑值，實現示教編程，操作簡便， 精度高，不需要操作者實際操作機器人，這對很多非專業的操作人員來說（shuō）是非常方便的。  ??借助激光等裝置進行輔助示教，提高了機器人使用的（de）柔性和靈活性，降低了操作的難度，提高（gāo）了機器（qì）人加工的精（jīng）度和（hé）效率，這（zhè）在很多場合是非常實用的。
 
　　2. 離線編程技術

       與在線編程相比，離（lí）線編程具有如（rú）下優點：
 
　　①減少停機的時間，當對下一個任（rèn）務進行編程時，機器人可仍在生產線上工作。
 
　　②使編程者遠（yuǎn）離危（wēi）險的工作環境，改（gǎi）善了（le）編程（chéng）環境。
 
　　③使用範圍廣，可以對各種機器人進行編程，並能方便地實現優化編程。
 
　　④便於和CAD/CAM 係統結合，做到 CAD/CAM/ROBOTICS一體化（huà）。
 
　　⑤可使用高級計算機編程語言對複雜任務進行編程。
 
　　3. 自主編程技術

       隨著技術的發展，各種跟蹤測量傳感技術日益成熟，人們開始研究以焊縫的測量信息為反饋，由計算機控製焊接機器人進行焊（hàn）接路徑的自主示教技術。
 
　　（1）基於激光結構光的自主編程 基於（yú）結構光的路徑自主規（guī）劃其（qí）原理是將結構光傳感器安裝（zhuāng）在機器人的末端，形成“眼（yǎn）在手上”的工作方式，利用焊縫跟蹤技術逐點測量焊縫的中心（xīn）坐標，建立起焊縫軌跡數據庫，在焊接時作為焊槍的路（lù）徑。   圖6 基於結構光的（de）路（lù）徑自主編（biān）程  韓國Pyunghyun Kim 將線結構光視覺傳感器安裝在 6 自由（yóu）度焊（hàn）接機器人末端，對結構化環境下的自由表麵焊（hàn）縫進行了自主示教。在焊縫（féng）上建立了一個隨焊縫軌跡移動的坐標來表達焊縫的位置和方向，並與連接類型（搭接、對接（jiē）、V 形）結合形成機器人焊接路徑，其中還（hái）采用了 3 次（cì）樣條函數對空（kōng）間（jiān）焊縫（féng）軌（guǐ）跡進行擬合，避免了常規的直線連接造成的誤差，傳感器掃描焊縫為獲取（qǔ）焊接路徑  。
 
　　（2）基於（yú）雙目視覺的自主編程 基於視覺反饋的自主示教是實現機器人路徑自主規劃的關鍵技術，其主要原理是：在一（yī）定條（tiáo）件下，由主控計算機通過（guò）視覺（jiào）傳感器（qì）沿焊縫（féng）自動跟蹤、采集並識別焊縫圖（tú）像，計算出焊縫的空（kōng）間軌跡和方位（即位姿），並按優化焊接要求自動生成機器人焊槍（Torch）的位姿參數。
 
　　（3）多傳感器信息融合自主編程 有研（yán）究（jiū）人員采用力控製器，視覺傳感器以及位移傳感器構成一個高精度自動（dòng）路（lù）徑生成係統，該係統集成了位移（yí）、力、視覺控製，引入視覺伺服，可以根據（jù）傳感器反（fǎn）饋信息來執（zhí）行動（dòng）作。該係統中（zhōng）機器人能夠根據記號筆所繪（huì）製的線自動生成機器人路（lù）徑，位移控製器（qì）用來保持機器人T C P點的位姿（zī），視覺傳感器用來使得機器（qì）人自動跟隨曲線，力傳感器用來保（bǎo）持TCP點（diǎn）與工件表麵距離恒定。    基於視覺、力（lì）和位（wèi）置傳感器的路徑自動生成係統

        4. 基於增強現實的編程技（jì）術

       增（zēng）強現實技術源於虛擬現實技術，是一種實時地計（jì）算（suàn）攝像機（jī）影像（xiàng）的位置及角度並加上相應圖像的技術（shù），這種技（jì）術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界並互動（dòng），增強現實技術使得計算機產生的三維物體融合到現實場景中，加強（qiáng）了（le）用戶同現實世界的交互。將增強現實技術用於機器人編程具有革命性意義。  增強現實技術融合了真實的現實環境和虛擬的空間信息，它在現實環境中發揮了動畫仿真的優勢並提供了現實環境與虛擬（nǐ）空間（jiān）信息的交互通道。例如一台虛擬的飛（fēi）機清洗機器人模型被應（yīng）用於按比（bǐ）例縮小的飛機模（mó）型。控製虛擬的機器人（rén）針對飛機模型沿著一定的（de）軌跡運動，進而生成機器人程序，之後對現實機器人進行標定和編程。  基（jī）於增強現實的機器人（rén）編程技術（RPAR）能夠在虛（xū）擬環境中沒有真（zhēn）實工件模型的情況下進行機（jī）器人離線編程。由於能夠將（jiāng）虛擬機器人（rén）添加到現實環境中，所以當需要原位接近（jìn）的時（shí）候該技術是一種非常有（yǒu）效的手段，這樣能夠避免在（zài）標定現（xiàn）實環境和虛擬環境中可能碰到的技術難題。增強現實編程的架構如圖9所示（shì），由虛擬環境（jìng）、操作空間、任務規劃以及路徑規劃的虛擬機器人仿真和現（xiàn）實機器人驗證等（děng）環節組成。