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机器人离线编程软件对比分析
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来源:电工之家
作者:编辑部
【摘要】我们常说的机器人离线编程软件，大概可以分为两类： 一类是通用型离线编程软件，这类软件一般都由第三方软件公司负责开发和维护，不单独依赖某一品牌机器人。换句话说，通用型离线编程软件，可以支持多款机器人的仿真，轨迹编程和后置输出。这类软件优缺点很......
我们常说的机器人离线编程软件，大概可以分为两类：
一类是通用型离线编程软件，这类软件一般都由第三方软件公司负责开发和维护，不单独依赖某一品牌机器人。换句话说，通用型离线编程软件，可以支持多款机器人的仿真，轨迹编程和后置输出。这类软件优缺点很明显，优点可以支持多款机器人，缺点就是对某一品牌的机器人的支持力度不如第二类专用型离线软件的支持力度高。
二类是专用型离线编程软件，这类软件一般由机器人本体厂家自行或者委托第三方软件公司开发维护。这类软件有一个特点，就是只支持本品牌的机器人仿真，编程和后置输出。由于开发人员可以拿到机器人底层数据通讯接口，所以这类离线编程软件可以有更强大和实用的功能，与本体兼容性也更好。
基于这种情况，我们不好单单说出性价比，谁更高。这里，我们从另外一个角度给大家推荐一下。如果是教育领域，个人学习，我们推荐通用型离线编程软件。如果是工厂设计，工业上选用，我建议选择正在使用的机器人品牌的专用型离线编程软件。
下面我们就具体分析下这两类软件
通用型离线编程软件：
1.RobotMaster：目前市面上顶级的通用型机器人离线编程仿真软件，由加拿大软件公司Jabez科技(已被美国海宝收购)开发研制。目前是由上海傲卡自动化作为中国区代理。Robotmaster在Mastercam中无缝集成了机器人编程、仿真和代码生成等功能，大大提高了机器人编程速度。
优点：可以按照产品数模，生成程序，适用于切割、铣削、焊接、喷涂等工业领域。独家的优化功能，运动学规划和碰撞检测非常精确，支持外部轴(直线导轨系统、旋转系统)，并支持复合外部轴组合系统。缺点：暂时不支持多台机器人同时模拟仿真
2. RobotoWorks：在工业领域，相比较其他离线软件，RobotoWorks应用算是比较广泛。全面的数据接口，加上基于Solidworks平台开发，使其可以轻松的通过IGES,DXF,DWG,PrarSolid,Step,VDA,SAT等标准接口进行数据转换。RobotoWorks 强大的编程能力，完美的仿真模拟，开放的工艺库定义，使其在同类软件中更是脱颖而出。
优点：生成轨迹方式多样、支持多种机器人、支持外部轴。缺点：Robotworks基于solidworks，solidworks本身不带CAM功能，编程繁琐，机器人运动学规划策略智能化程度低。
3.Robotmove：来自意大利，同样支持市面上大多数品牌的机器人，机器人加工轨迹由外部CAM导入，与其他软件不同的是，Robomove走的是私人定制路线，根据实际项目进行定制。软件操作自由，功能完善，支持多台机器人仿真。
缺点：需要操作者对机器人有较为深厚的理解，策略智能化程度与Robotmaster有较大差距。
4.RobotCAD：SIEMENS(西门子) 公司的一款离线编程软件，在车厂占统治地位，是做方案和项目规划的利器。ROBCAD 软件支持离线点焊、支持多台机器人仿真、支持非机器人运动机构仿真，精确的节拍仿真。 ROBCAD 主要应用于产品生命周期中的概念设计和结构设计两个前期阶段。
缺点：价格昂贵，离线功能较弱，Unix移植过来的界面，人机界面不友好。
5. DELMIA：法国达索软件旗下产品(开发大名鼎鼎的Catia软件的公司)在车厂也有广泛的使用，与Robcad各有千秋。DELMIA 解决方案涵盖汽车领域的发动机、总装和白车身( Body-in-White)，航空领域的机身装配、维修维护，以及一般制造业的制造工艺。DELMIA 的机器人模块 ROBOTICS 是一个可伸缩的解决方案，利用强大的 PPR集成中枢快速进行机器人工作单元建立、仿真与验证，是一个完整的、可伸缩的、柔性的解决方案。使用 DELMIA 机器人模块，用户能够容易地：
( 1) 从可搜索的含有超过 400 种以上的机器人的资源目录中，下载机器人和其它的工具资源。
( 2) 利用工厂布置规划工程师所完成的工作。
( 3) 加入工作单元中工艺所需的资源进一步细化布局。
缺点： DELMIA,和Process&Simulate等都属于专家型软件，操作难度太高，不适宜高职学生学习，需要机器人专业研究生以上学生使用;DELMIA,Process&Simulte功能虽然十分强大，但是工业正版单价也在百万级别。
6.RobotArt：北京华航唯实出的一款国产离线编程软件，老实说，虽然与国外同类的RobotMaster，DELMIA相比，功能稍逊一些，但是在国内离线编程软件里面，也算是出类拔萃。(电工之家
版权所有)曾经和他们的开发经理有过一面之缘，得知他们技术来自北航机器人所，也有一些自己的专利，号称首款商业化离线编程软件，怎么说呢，算是填补了国产离线编程的一个空白吧。一站式解决方案，从轨迹规划，轨迹生成，仿真模拟，到最后后置代码，使用简单，学习起来比较容易上手。官网可以下载软件，并免费试用。
优点：能根据模型的几何拓扑生成轨迹，轨迹的仿真和优化功能比较突出。根据不同行业，工艺包数据比较强大。强调服务，重视企业订制。资源丰富的在线教育系统，非常适合学校教育和个人学习。因为是国产软件，所以在通用型离线编程软件中，算是价格最便宜的了。缺点：轨迹编程这块还需要再强大。
7.还有一些其他通用型离线编程软件，这里就不多做介绍了。他们通常也有着不错的离线仿真功能，但是由于技术储备之类的原因，尚还属于第二梯队。比如，SprutCAM，RobotSim，川思特，天皇，亚龙，旭上，汇博等等。
专用型离线编程软件：
1.Robot Studio： ABB原厂的离线软件
2. RoboGuide：Fanuc原厂的离线软件
3. KUKA Sim：KUKA原厂的离线软件
这类专用型离线编程软件，优点和缺点都很类似且明显。因为都是机器人本体厂家自行或者委托开发，所以能够拿到底层数据接口，开发出更多功能，软件与硬件通讯也更流畅自然。所以，软件的集成度很多，也都有相应的工艺包。缺点，就是只支持本公司品牌机器人，机器人间的兼容性很差。
最后，总结一下，根据我以往的使用和设计经验，离线编程仿真软件，真正的意义在于轨迹程序的设计，而不是轨迹的生成。我们要把离线软件的使用放到日常的实际工作中去理解，它不是我们偷懒的工具，而是我们工业设计的手段。当然，这也不是否认软件在生产轨迹上给我们带来的便利，只是想让那些还在学习工业机器人路上的同学们，正确看待示教器，以及正确看待离线编程软件。　　网讯：首先说一下机器人编程。通常来讲，机器人编程可分为示教在线编程和离线编程两种。示教编程一般用于入门级应用，如搬运、点焊等，对于复杂应用，示教编程在实际应用中主要存在以下问题：　　1、示教在线编程过程繁琐、效率低。　　2、精度完全是靠示教者的目测决定，而且对于复杂的路径示教在线编程难以取得令人满意的效果。　　基于对示教编程出现的弊端，那么离线编程就出现啦！与示教编程相比，离线编程有如下优势：　　1、减少机器人的停机时间，当对下一个任务进行编程时，机器人仍可在生产线上进行工作。　　2、通过仿真功能，要预知发生的问题，从而将问题消灭在萌芽阶段。　　3、适用范围广，可对各种机器人进行编程，并能方便的实现优化编程。　　4、可对复杂任务进行编程。　　5、便于修改机器人程序。　　常用离线编程，可按不同标准分类，例如，可以按国内与国外分类，也可以按通用离线编程软件与厂家专用离线编程软件。　　按国内与国外分类，可以为以下两大阵营：　　国内：RobotArt　　国外：RobotMaster、RobotWorks、Robomove、RobotCAD、DELMIA、RobotStudio、RoboGuide　　按通用离线编程与厂家专用离线编程，又可以为以下两大阵营：　　通用：RobotArt、RobotMaster、Robomove、RobotCAD、DELMIA　　厂家专用：RobotStudio、RoboGuide、KUKASim　　国内RobotArt独领风骚，领先国内同行4-5年时间，官网有免费下载，需要官网注册试用账号。　　国外软件中，RobotMaster相对来说最强的，基于MasterCAM平台，生成数控加工轨迹是优势，RobotWorks,RoboMove次之，但一套都要几十万大洋，目前没试用。RobotCAD,DElMIA都侧重仿真，价格比前者还贵，还是搜*解版吧。　　机器人厂家的离线编程软件，以ABB的RobotStudio是强，但也仅仅是把示教放到了电脑中，注重是仿真和节拍统计。　　下面，对各离线编程软件，做详细对比。　　1.RobotArt（中国，可免费下载试用）　　RobotArt来自帝都北京，有航空航天背景，是目前离线编程软件国内品牌中的顶尖的软件。软件最大特点是根据虚拟场景中的零件形状，自动生成加工轨迹，并且可以控制大部分主流机器人，对国内机器人支持是相当的棒棒哒！软件根据几何数模的拓扑信息生成机器人运动轨迹，之后轨迹仿真、路径优化、后置代码一气呵成，同时集碰撞检测、场景渲染、动画输出于一体，可快速生成效果逼真的模拟动画。广泛应用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等领域。　　下图为RobotArt离线编程仿真软件的界面：　　优点：　　1)支持多种格式的三维CAD模型，可导入扩展名为step、igs、stl、x_t、prt(UG)、prt(ProE）、CATPart、sldpart等格式；
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工业机器人离线编程系统全解析
    　　1 引言
　　进入21世纪，机器人已经成为现代工业不可缺少的工具，它标志着工业的现代化程度。近年来，随着计算机技术、微电子技术及网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。它集机械工程、电子工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新科研成果于一体，目前已有许多类型的机器人投入工程应用，创造了巨大的经济和社会效益。工业机器人是一个可编程的机械装置，其功能的灵活性和智能性很大程度上决定于机器人的编程能力。
　　由于工业机器人应用范围的扩大和所完成任务复杂程度不断增加，工业机器人工作任务的编制已经成为一个重要问题。通常，机器入编程方式可分为示教再现编程和离线编程。目前，在国内外生产中应用的工业机器人系统大多为示教再现型。
　　示教再现型机人在实际生产应用中存在的主要技术问题有：
　　①机器人的在线示教编程过程繁琐、效率低;
　　②示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以取得令人满意的示教果;
　　③对于一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无能为力。而离线编程系统可以简机器人编程进程，提高编程效率，是实现系统集成的必要的软件支撑系统。
　　与示教编程相比，离线编程系统具有如下优点：
　　①减少机器人停机的时间，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离线编程系统使用范围广，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;
　　⑥便于修改机器人程序。因此，离线编程引起了人们的广泛重视，并成为机器人学中一个十分活跃的研究方向。
　　2 工业机器人离线编程系统概述
　　2.1工业机器人离线编程的概念和技术内容
　　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。通过对编程结果进行三维图形动画仿真，以检验编程的正确性，最后将生成的代码传到机器人控制柜，以控制机器人运动，完成给定任务。工业机器人离线编程系统已被证明是一个有力的工具，可以增加安全性，减少机器人不工作时间和降低成本。机器人离线编程系统是机器人编程语言的拓广，通过该系统可以建立机器人和CAD/CAM之间的联系。设计一个离线编程系统应具备以下几点：
　　1)所编程的工作过程的知识;
　　2)工业机器人和工作环境三维实体模型;
　　3)工业机器人几何学、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、检测碰撞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。
　　此外，由于离线编程系统是基于工业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进行编程的，因此为了使编程结果能很好地符合于实际情况，系统应能够计算仿真模型和实际模型之间的误差，并尽量减少二者间的误差。
　　2.2 机器人离线编程的组成
　　工业机器人离线编程系统不仅要在计算机上建立起机器人系统的物理模型，而且要对其进行编程和动画仿真，以及对编程结果后置处理。一般说来。机器人离线编程系统包括以下一些主要模块：传感器、机器人系统cAD建模、离线编程、图形仿真、人机界面以及后置处理等。
　　2.2.1 CAD建模
　　CAD建模需要完成以下任务：①零件建模;②建模;③系统设计和布置;④几何模型图形处理。因为利用现有的cAD数据及机器人理论结构参数所构建的工业机器人模型与实际模型之间存在着误差，所以必须对工业机器人进行标定，对其误差进行测量、分析及不断校正所建模型。随着机器人应用领域的不断扩大，机器人作业环境的不确定性对工业机器人作业任务有着十分重要的影响，固定不变的环境模型是不够的，极可能导致机器人作业的失败。因此，如何对环境的不确定性进行抽取，并以此动态修改环境模型，是机器人离线编程系统实用化的一个重要问题。
　　2.2.2图形仿真
　　离线编程系统的一个重要作用是离线调试程序，而离线调试最直观有效的方法是在不接触实际机器人及其工作环境的情况下，利用图形仿真技术模拟机器人的作业过程，提供一个与工业机器人进行交互作用的虚拟环境。计算机图形仿真是机器人离线编程系统的重要组成部分，它将机器人仿真的结果以图形的形式显示出来，直观地显示出机器人的运动状况，从而可以得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息，离线编程的效果正是通过这个模块来验证的。
　　随着计算机技术的发展，在PC的Windaws平台上可以方便地进行三维图形处理，并以此为基础完成CAD、机器人任务规划和动态模拟图形仿真。一般情况下，用户在离线编程模块中为作业单元编制任务程序，经编译连接后生成仿真文件。在仿真模块中，系统解释控制执行仿真文件的代码，对任务规划和路径规划的结果进行三维图形动画仿真，模拟整个作业的完成情况。检查发生碰撞的可能性及工业机器人的运动轨迹是否合理，并计算机器人的每个工步的操作时间和整个工作过程的循环时间，为离线编程结果的可行性提供参考。
　　2.2.3编程
　　编程模块一般包括：工业机器人及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。在进行图形仿真以后，根据动态仿真的结果，对程序做适当的修正，以达到满意效果，最后在线控制机器人运动以完成作业。在机器人技术发展初期，较多采用特定的机器人语言进行编程。一般的机器人语言采用了计算机高级程序语言中的程序控制结构，并根据机器人编程的特点，通过设计专用的机器人控制语句及外部信号交互语句来控制机器人的运动，从而增强了机器人作业描述的灵活性。面向任务的机器人编程是高度智能化的机器人编程技术的理想目标――使用最合适于用户的类自然语言形式描述工业机器人作业.通过工业机器人装备的智能设施实时获取环境的信息，并进行任务规划和运动规划，最后实现机器人作业的自动控制。面向对象机器人离线编程系统所定义的机器人编程语言把机器人几何特性和运动特性封装在一块，并为之提供了通用的接口。基于这种接口，可方便地与各种对象，包括传感器对象打交道。由于语言能对几何信息直接进行操作且具有空问推理功能，因此它能方便地实现自动规划和编程。此外，还可以迸一步实现对象化任务级编程语言，这是机器人离线编程技术的又一大提高。
　　2.2.4传感器
　　近年来，随着工业机器人技术的发展，传感器在工业机器人作业中起着越来越重要的作用，对传感器的仿真已成为机器人离线编程系统中必不可少的一部分，并且也是离线编程能够实用化的关键。利用传感器的信息能够减少仿真模型与实际模型之间的误差，增加系统操作和程序的可靠性，提高编程效率。对于有传感器驱动的工业机器人系统，由于传感器产生的信号会受到多方面因素的干扰(如光线条件、物理反射率、物体几何形状以及运动过程的不平衡性等)，使得基于传感器的运动不可预测。传感器技术的应用使机器人系统的智能性大大提高，工业机器人作业任务已离不开传感器的引导。因此，离线编程系统应能对传感器进行建模，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。
　　2.2.5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工业机器人控制系统能够识别的目标程序。即当作业程序的仿真结果完全达到作业的要求后，将该作业程序转换成目标工业机器人的控制程序和数据，并通过通信接口下装到目标机器人控制柜，驱动机器人去完成指定的任务。由于机器人控制柜的多样性，要设计通用的通信模块比较困难，因此一般采用后置处理将离线编程的最终结果翻译成目标机器人控制柜可以接受的代码形式，然后实现加工文件的上传及下载。机器人离线编程中，仿真所需数据与工业机器人控制柜中的数据是有些不同的。所以离线编程系统中生成的数据有两套：一套供仿真用;一套供控制柜使用，这些都是由后置处理进行操作的。
　　3 工业机器人离线编程技术的现状及发展趋势
　　国外在70年代末就开始了工业机器人离线规划和编程系统的研究。早期的离线编程系统有IPA程序、sdMMIE软件包和GRASP仿真系统等。这些系统都因为功能不完备而不能方便使用。在众多版本的机器人仿真与离线编程系统中，由以色列Tecnomatic公司在1986年推出的robcad机器人计算机辅助设计及仿真系统最具代表性。它是运行在SGI图形工作站上的大型机器人设计、仿真和离线编程系统，其集通用化、完整化，交互式计算机图形化、智能化和商品化为一体。但这些传统的工业机器人离线编程系统的分析、设计、实现和编程的方法都是面向过程的，存在着许多不足。
　　面向对象方法OOM(Object～Oriented Method)被认为是能解决上述问题的最有效的方法，并已在许多领域取得了令人信服的成果。目前已经商品化的工业机器人离线编程系统有法国Dlassault公司开发的大型CAD/CAM应用软件CATn v4。除此之外，其它研究仍局限于工业机器人离线编程中的部分关键问题上。
　　从总体上看，工业机器人离线编程技术尚不成熟，国外大都处于研究阶段，只有其中的一些单元技术已经或正在趋于成熟。在国内，熊有伦院士主持了“基于微机的工业机器人离线编程系统HOLPS”的科研项目，对该项技术进行了深入研究，已取得阶段性成果。
　　近年来，国内外许多大中型企业都装备了自动化加工设备和计算机辅助设备与系统。同时，CAD/CAM.术已趋于成熟，其高效便捷的建模手段和集成技术，使之成为工业机器人编程中的有力工具。这些设备和系统为工业机器人的离线编程技术的研究和推广提供了基本的硬件和软件条件，使离线编程的实用化成为研究重点。工业机器人离线编程系统的研制和开发涉及的问题很多.包括多个领域的多个学科，为推动这项技术的进一步发展，以下几个方面的研究工作是必不可少的：
　　1)多媒体技术在工业机器人离线编程中的研究和应用。友好的人机界面、直观的图形显示及生动的语言信息都是离线编程系统所需要的。
　　2)多传感器的融合技术的建模与仿真。随着工业机器人智能化的提高，传感器技术在工业机器人系统中的应用越来越重要。因而需要在离线编程系统中对多传感器进行建模，实现多传感器的通讯，执行基于多传感器的操作。
　　3)各种规划算法的进一步研究。其包括路径规划、抓取规划和细微运动规划等。规划一方面要考虑到环境的复杂性、运动性和不确定性，另一方面又要充分注意计算的复杂性。
　　4)错误检测和修复技术。系统执行过程中发生错误是难免的.应对系统的运行状态进行检测以监视错误的发生，并采用相应的修复技术。此外，最好能达到错误预报，以避免不可恢复动作错误的发生。
　　5)研究一种通用有效的误差标定技术，以应用于各种实际应用场合的工业机器人的标定。
　　4 结束语
　　机器人离线编程技术对工业机器人的推广应用及其工作效率的提高有着重要意义，离线编程可以大幅度节省制造时问，实现计算机的实时仿真，为工业机器人编程和调试提供安全灵活的环境，是机器人开发应用的研究方向。
收录时间:日 18:28:23 来源:智造网 作者:匿名
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