工业机器人作为中国制造2025规划十大重点领域之一，成为推动智能制造落地的有效途径，在各种智能工厂建设中大显身手。工业机器人的应用极大地提高了工厂的生产效率，在帮助企业应对人工成本上涨、劳动力供给不足等方面提供了可供选择的方式，赢得了企业的广泛关注。目前，在工业应用领域，机器人还不能自主地进行各种工作，需要工程师事先编写任务程序，机器人再按照程序逐步执行任务。

    目前常用的编程方式有两种，一种是示教编程，一种是离线编程。离线编程因为相对于示教编程具有许多优势，应用范围日趋广泛。机器人的离线编程技术直接关系到机器人执行任务的运动轨迹、运行速度、运作的精确度，对于生产制造起着关键作用。因此，机器人离线编程成为一项备受关注的学科。

ABB 双臂协作机器人组装产品，机器人离线编程优势突出

机器人离线编程技术在很多领域已经取代示教编程技术，成为机器人编程的首选，与其诸多优势不无关系。

    首先，机器人离线编程技术将工程师从嘈杂的工作现场解放，让其可以在安全舒适地环境中进行编程，极大地改善了工作体验。对于示教编程，不管是手动引导机器人末端执行机构进行动作，还是通过示教器进行示教，对工作人员的体力都造成了负担。此外，囿于机器人的示教器形态各异，操作方式也不相同，要熟练掌握一个品牌的机器人示教编程需要花费大量的时间，而当你再去操作另一品牌的机器人，可能需要从头再学一遍。这使得机器人编程工作的从业者更乐意选择离线编程的方式来开展工作。

    其次，在操作过程中，因为无法进行轨迹优化，仅能凭经验来执行，可能导致机器人的位姿动作出现奇异点，降低机器人的零件寿命。而且动作的精度、准确性等都靠人眼来识别，待加工产品的质量无法保证。还有，离线编程不占用机器人的工作时间，还能提前做好准备工作，当任务切换时，需要的时间较少，减少对企业制造资源的浪费。因此，站在企业的角度，机器人离线编程也具有不可忽视的优势。

机器人离线编程联接智造未来

    除了对从业人员、企业的有力吸引外，离线编程软件厂商也提供了诸多方便，让编程过程更为简单快捷。

    目前市场上的通用型的机器人离线编程软件支持各种型号的机器人。为了减少编程的工作量，不少软件厂商提供机器人的3D模型数据库任君选择。软件还提供轨迹优化功能，轨迹优化能够优化机器人的运动轨迹，防止造成部分零件超负荷运转，延长机器人的使用寿命。

    机器人编程需要首先建立全3D的模型环境，这曾经是编程中的一份额外工作，也是很多机器人离线编程人员觉得麻烦之处，但是现在，随着企业以3D模型作为主要的产品设计基础数据，CAD/CAM一体化成为趋势，以PTC、西门子为代表打造的Digital Twin的理念深入人心，这些额外的工作不仅不是一种负担，而是一种长远的技术储备。借助大数据、物联网、数据双胞胎等技术及理念，机器人的工作状态将与虚拟世界的模型进行比对，通过仿真技术及大数据分析对虚拟环境中的机器人施加与物理世界相同的工况条件，可以分析机器人的整体状态，是否有零件损坏等信息，提前对机器人进行预测性维修维护，真正提高企业设备综合利用率（OEE）。同时，也可以通过建立数字工厂模型，对整个工厂的运营进行可视化的管理，从全局把握企业整体经营情况。

挑战与机遇并存

    当然，目前机器人离线编程也面临着一些挑战，其中最主要的就是离线编程的误差问题。因为在软件中进行编程的时候，运用的是虚拟的坐标系，而这个坐标系与实际的坐标系之间存在着差异，怎样保证两者完全一致就需要不断地将程序应用到实际的机器人中进行运动调试。虽然目前众多的厂商都给出了各自的解决方案，如安川Motocalv离线编程软件提供了安装误差校准和用户坐标系校准法，国产的RobotArt也提供了通过三点或者多点测量来校正的方法。这些方法仍然需要在实际工作中校验后对程序进行修改，无形中增加了编程的工作量，也制约了编程技术的进一步应用。

    现在，也有些专家尝试利用传感技术及视觉技术，来达到机器人的自我路径校正，如韩国Pyunghyun Kim 将线结构光视觉传感器安装在焊接机器人末端，对结构化环境下的自由表面焊缝进行了自主焊接。而欧姆龙也推出了可以识别乒乓球，并做出回拍动作的可与人类打乒乓球的机器人教练。

展望

    谈机器人离线编程的未来，不得不谈工业机器人的未来。作为一种灵活的生产加工工具，工业机器人具备天然的优势，通过更换不同的机器人末端执行机构，可以满足不同的加工需求，如切割、焊接、打磨、喷涂等等。通过添加辅助设备，机器人甚至可以加工体积远大于自身的各种零件，而不必如数控机床一般，受限于机床内部的加工空间，而不得不将大型产品拆分后加工，再采用焊接或者铆接等多种方式进行联接。这种整体加工能力或许可以改变制造业的材料加工模式，成为继3D打印之后的另一种新工艺。

    工业机器人的广泛应用必将极大地促进离线编程技术的发展，随着机器视觉、物联网、传感技术、机器学习等技术的发展，工业机器人也许并不需要人工来规划路径，而是能够借助各种传感技术、软件算法来识别被加工零件，自行设计可行的加工步骤，成为真正意义上的智能装备。机器人离线编程技术进化的终极目标，便是离线编程技术的淘汰，智能化的兴起。