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机器人开发 应该学习那些知识？需要看什么编程技术书籍？
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工业机器人技术好学吗？都学什么？工业机器人编程都有什么
&许多同学都有这样的疑问，难学吗?我能学会吗?适合我吗?主要学些什么?
其实大家学习第工业机器人技术，大多都会学习工业机器人编程。在中国做工业机器人多半都是做控制，做控制需要学习基本的电气知识，PLC，基本的c语言编程逻辑，然后就是实践。如果要做得深入一些必须学习一些数学和控制理论方面的知识。
举个简单例子，如果是机械切割机器人，每3秒执行一次切割，您至少要编程让切割器识别到3秒的间隔然后执行一次切割，或者了解如何配置程序中的时间段。计算机编程并不难，难的只是刚开始的适应阶段，很快就好。
如果是做机械设计方向，不需要额外再学习什么了，把本专业学好就可以了，实践才是重要的，虽然此类工作不是很好找，但我们是提供就业的，这个就不用担心了。但是学习都是靠个人，如果你有这方面的天赋加上努力，相信是不会难的，只要技术跟实践能力跟得上，还是很有发展前景的。至于多久学会就看个人能力及领悟学习能力了。
告诉大家一句话：掉一下书袋&为之，则难者亦易矣，不为，则易者亦难矣。关键是，你要去学。
其次，天才几天可以学会，普通人有点编程基础的，每天保证2小时左右自学的话，一个软件4个月左右的努力应该可以了。
工业机器人编程自学难度较高，但有专业老师和同学一起，那想必效果肯定是不一样的。
对工业机器人来说，主要有三类编程方法：在线编程、离线编程以及自主编程三类。在当前机器人的应用中，手工示教仍然主宰着整个机器人焊接领域，离线编程适合于结构化焊接环境，但对于轨迹复杂的三维焊缝，手工示教不但费时而且也难以满足焊接精度要求，因此在视觉导引下由计算机控制机器人自主示教取代手工示教已成为发展趋势。
四种编程技术
1. 示教编程技术
示教编程，即操作人员通过示教器，手动控制机器人的关节运动，以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，之后的机器人可根据指令自动重复该任务，操作人员也可以选择不同的坐标系对机器人进行示教。
在线示教编程 、激光传感辅助示教、 力觉传感辅助示教、专用工具辅助示教
(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。如图1所示，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。车身机器人点焊过程如图2
所示。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。
图1 机器人示教盒
图2 汽车车身机器人点焊
(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(见图3)。
图3 基于激光辅助示教的遥控操作系统
(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
离线编程，是通过软件，在电脑里重建整个工作场景的三维虚拟环境，然后软件可以根据要工加零件的大小、形状、材料，同时配合软件操作者的一些操作，自动生成机器人的运动轨迹，即控制指令，然后在软件中仿真与调整轨迹，最后生成机器人程序传输给机器人。离线编程克服了在线示教编程的很多缺点，充分利用了计算机的功能，减少了编写机器人程序所需要的时间成本，同时也降低了在线示教编程的不便。目前离线编程广泛应用于打磨、去毛刺、焊接、激光切割、数控加工等机器人新兴应用领域。商业离线编程软件
一般包括: 几何建模功能、基本模型库、运动学建模功能、工作单元布局功能、路径规划功能、自动编程功能、多机协调编程与仿真功能。
图4 离线编程中的关键步骤
图5 基于Roboguide的离线编程和仿真
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，如图6所示，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，如图7所示。
图7 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。系统配置如图8所示，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。
图8 基于视觉、力和位置传感器的路径自动生成系统
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。
图9 基于增强现实的机器人编程架构
基于增强现实的机器人编程技术能够发挥离线编程技术的内在优势，比如减少机器人的停机时间，安全性性好，操作便利等。由于基于增强现实的机器人编程技术采用的策略是路径免碰撞、接近程度可缩放，所以该技术可以用于大型机器人的编程，而在线编程技术则难以做到。
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。
随着视觉技术、传感技术，智能控制，网络和信息技术以及大数据等技术的发展，未来的机器人编程技术将会发生根本的变革，
主要表现在以下几个方面：①编程将会变得简单、快速、可视、模拟和仿真立等可见。②基于视觉、传感，信息和大数据技术，感知、辨识、重构环境和工件等的CAD模型，自动获取加工路径的几何信息。③基于互联网技术实现编程的网络化、远程化、可视化。④基于增强现实技术实现离线编程和真实场景的互动。⑤根据离线编程技术和现场获取的几何信息自主规划加工路径、焊接参数并进行仿真确认。
总之，在不远的将来，传统的在线示教编程将只在很少的场合得到应用，比如空间探索、水下、核电等，而离线编程技术将会得到进一步发展，并与CAD
/CAM、视觉技术、传感技术，互联网、大数据、增强现实等技术深度融合，自动感知、辨识和重构工件和加工路径等，实现路径的自主规划，自动纠偏和自适应环境。
(1)在线编程方式简单易学，适用于复杂度低、工作几何形状简单的场合;离线编程方式适合加工复杂的场合，比如复杂的空间曲线、曲面等;而自主编程或辅助示教则大大提高了机器人的适应性，代表了编程技术的发展趋势。
(2)在未来，离线编程技术将会得到进一步发展，并与CAD/CAM、视觉技术、传感技术、互联网、大数据、增强现实等技术深度融合，自动感知、辨识和重构工作和加工路径等，实现路径的自主规划，自动纠偏和自适应环境。
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目前,中国正处于产业转型升级的关键时期,而工业机器人作为先进制造业中不可替代
的重要装备和手段,已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。“十二五”期
间将是中国工业机器人产业发展的关键转折点,根据国际机器人联合会(IFR)的统计,2011
年中国工业机器人装机量 74317 台,增速达 51%,位居全球第一。预计
人装机量年增长率将达到 10%,中国将成为世界上最大的工业机器人市场。焊接机器人是
工业机器人家族中的重要一员,也是技术上发展最成熟、应用最多的一类机器人。随着产业
界对高效、高品质焊接的需求不断增长,机器人焊接的应用日益广泛。面对如此快速成长的
焊接机器人市场,能安全和熟练地使用机器人焊接的人员的培养已刻不容缓。
焊接机器人是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种焊接作业
的自动化生产设备,具有动作范围大、运动速度快等特点,这使得焊接机器人的示教编程、
程序编辑、维护保养等操作必须由经过培训的专业人员来实施,并严格遵守机器人的安全操
作规程和行业安全作业操作规程。然而,目前企业中能够进行焊接机器人操作与编程的技术
人员主要依靠各机器人生产商的培训,缺乏相关的专业学习与技术指导,且一旦操作人员离
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本书正是针对这种需求,严格按照行业与职业要求,遵循技术技能人才成长规律,以实
操能力培养为重点,以岗位工作过程为导向,以典型工作任务为依托,通过将机器人技术、
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以期达到触类旁通的目的。全书共分 8 各项目,每个项目包含 1~2 个工作任务,并给出教学
中易于实施的实践练习,使学生通过实际任务训练掌握焊接机器人的基本知识和操作技能,
真正实现“教、学、做”的一体化。
为方便教学,本书配备多媒体课件,可免费提供给任课教师使用。凡选用本书作教材的
教师均可登录***出版社教材服务网下载。
本书由哈尔滨理工大学兰虎主编,唐山松下产业机器有限公司李守红担任主审。参加编
写的有哈尔滨理工大学兰虎(绪论、项目 1、项目 4 至项目 7)、陶祖伟(项目 2)、鲁德才
(项目 3), 唐山开元机器人系统有限公司隋鑫(项目 8)。
在编写过程中,作者参阅了有关同类教材、书籍和网络资料,并得到了唐山松下产业机
器有限公司的大力支持,在此一并表示衷心感谢!
由于编者水平有限,书中难免有错漏之处,恳请广大读者批评指正,并将意见和建议反
馈至 E-mail:lanhucx@。
绪论……………………………………………………………………………………………………1
项目 1 揭开焊接机器人的神秘面纱…………………………………………………………11
任务认识焊接机器人…………………………………………………………………………12
项目 2 初识焊接机器人的示教编程…………………………………………………………28
任务 1 新建和加载程序………………………………………………………………………?29
任务 2 机器人平板堆焊的示教………………………………………………………………?48
项目 3 手动操纵焊接机器人…………………………………………………………………?68
任务 1 点动和连续移动机器人………………………………………………………………?69
任务 2 手动操作机器人沿 T 形接头焊缝移动………………………………………………?82
项目 4 焊接机器人的直线轨迹示教…………………………………………………………96
任务 1 板-板对接接头的机器人焊接示教……………………………………………………97
任务 2 直线轨迹焊缝程序的编辑……………………………………………………………?115
项目 5 焊接机器人的圆弧轨迹示教…………………………………………………………129
任务 1 管-板角接接头的机器人焊接示教……………………………………………………129
任务 2 圆弧轨迹焊缝程序的编辑……………………………………………………………?145
项目 6 焊接机器人的摆动功能示教…………………………………………………………152
任务 1 板-板对接接头的机器人单面焊双面成形示教………………………………………153
任务 2 附加摆动功能的机器人程序编辑……………………………………………………?170
项目 7 焊接机器人的周边设备与控制………………………………………………………178
任务 1 焊接机器人外部轴及其控制…………………………………………………………?179
任务 2 焊枪清理装置及其控制………………………………………………………………?189
项目 8 焊接机器人的离线编程………………………………………………………………?198
任务简易弧焊机器人工作站的离线编程……………………………………………………199
参考文献……………………………………………………………………………………………?226
项目 6 焊接机器人的摆动功能示教 165
项目 6 焊接机器人的摆动功能示教
在弧焊机器人作业过程中,要求焊枪跟踪工件的焊道运动,并不断填充金属形成焊缝。
为能有效控制电弧热源对熔敷金属的作用和焊接熔池温度场的分布,机器人运动过程中应具
有直线和环形内插摆动功能。
与前面项目类似,本项目将完成焊接机器人的直线、圆弧摆动功能的示教。以 Panasonic
机器人为例,运用在线示教方式,实现板对接平焊的机器人单面焊双面成形作业。在此基础
上,完成附加摆动程序的修改与编辑,旨在加深学生对机器人摆动运动示教的理解,并强化
对焊接机器人示教编程要领的掌握。
【学习目标】
(1)强化机器人示教的主要内容与基本流程;
(2)掌握直线摆动、圆弧摆动示教的基本要领;
(3)掌握摆动程序的机器人跟踪动作。
(1)能够熟练进行直线摆动、圆弧摆动焊缝的示教、跟踪与再现;
(2)能够熟练设定机器人的摆动作业条件;
(3)能够使用示教器熟练编辑机器人直线摆动作业程序。
(1)严谨认真、规范操作; 1
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