虚拟到现实:将准确性传递到现实世界

Chris Heit，应用工程专家

“当你在真正的机器人上运行程序时，它有多精确?”这可能是每位OCTOPUZ员工在讨论OLRP时最常被问到的问题，也是最重要的问题之一。在一个受控制的虚拟环境中，展示一个机器人在几分钟内被编程是很容易的。但这些程序需要在真正的机器人细胞中转化为有用的东西。机器人将跟随的点需要与零件正确对齐。

在虚拟世界中:一切是完美的。在现实世界中:没有什么是完美的。现实情况是，虽然OLRP可以产生非常精确的程序，当转移到真正的机器人，多种因素可以影响精度。零件和夹具会变形，手电筒会弯曲，机器人无法掌握等等。要消除这些因素是不可能的，所以我们要寻找弥补它们的方法。在这篇博客文章中，我们将讨论一些最常见的影响OLRP程序准确性的因素，以及一些处理它们的技巧和技巧。

Unmastered机器人
有些人会认为这是一场噩梦。对于那些不熟悉“未掌握”这个术语的读者来说，它指的是工业机械臂的设计和编程，根据机械臂的电机如何操纵机器人的不同关节，从而准确地知道它在太空中的位置。换句话说，机器人会在任何给定的时间知道手臂上不同关节的度数。随着时间的推移，机器人会进入一种状态，它认为它的关节处于一个值，但实际上它们会处于一个非常不同的值。例如，一个未被熟练掌握的机器人可能会认为手臂上的最后一个关节是60度，但实际上它的关节可能是65度。

随着时间的推移，由于自然磨损，所有的机器人都会慢慢失去控制。对你的机器人进行维护、保养和日常重新掌握是很重要的，以避免在线编程和OLRP的重复性和准确性问题。

尽管机器人处于未被掌握的状态会导致许多问题，即使是在线任务，这是一个非常容易诊断的问题。一个未被掌握的机器人将无法教任何准确的工具框架或基础/用户框架。以前所教课程的分数也会开始偏离原来的位置。OLRP的对准方法在很大程度上依赖于物理机器人获取的点。与一个没有掌握的机器人校准，有不准确的工具框架，并不能完全了解它在空间中的位置，不会产生准确的结果。

解决这个问题的唯一方法就是重新控制机器人。一些人认为这是一场噩梦的原因是，任何在机器人未掌握的情况下传授给机器人的程序都会受到影响，因为我们正在改变机器人对其编程的关节值的理解。然而，任何在机器人仍然被正确掌握的情况下教授的程序，随着时间的推移，由于不掌握而变得不准确，实际上会增加不准确性。

不准确的工具架
一个很容易解决的问题。虚拟OLRP单元的对齐方法依赖于物理机器人获取的点。如果在工具的某一特定特征处(如焊丝尖端)没有准确地传授刀具框架，那么在转移到虚拟世界时所取的点就会不准确，对齐就会断开。这里的简单解决方案是使用一个新的工具框架进行对齐，并通过在空间中围绕TCP旋转来验证它是否位于正确的位置。

系统设置不佳
OLRP软件假设物理机器人单元中的组件是正确构建和组装的。例如:假设我们有一个机器人，它连接在一个线性轨道轴上，这个机器人应该安装在与轨道车厢的安装板水平的位置。如果在物理机器人单元中没有正确地完成这一操作，并且机器人安装在非水平位置，那么就会发生很大的误差。物理机器人将提供机器人单元内某些点的坐标，这些点将用于校准不正确的点。机器人可能会认为某个被对齐的特征位于X=100, Y=100, Z=100。但是，由于机器人没有正确安装在轨道上，并且有轻微的倾斜，这个特征实际上可能位于X=105, Y=101, Z=110。

诊断这个问题通常并不困难。这样做的方法取决于所讨论的系统。OLRP软件中的修复也可以是直接的:简单地调整虚拟单元来解释不平整的安装或其他设置问题。困难的是测量某些物理机器人的设置有多不平整或多弯曲。根据机器人单元的配置和问题所在，有很多实现这一目标的选择。然而，最精确的测量方法通常是使用激光测量系统。在某些情况下，量化糟糕设置的困难会使这个问题难以完全克服。

弯曲零件，工装和夹具
无论是有意还是无意，CAD模型与实际零件、工装和夹具之间的偏差都会导致虚拟OLRP单元的对准不准确。在一个层面上，如果使用的CAD模型是完全不正确的，这是一个简单的问题，只需简单的修复:纠正您的CAD模型。在更复杂的层面上，翘曲和变形无处不在，无处不在。当物体暴露在极端高温下(如焊接)，在环境的温度和压力的变化下，会在自身重量的作用下变形，这样的例子不胜其数。更复杂的是，翘曲是一个非常难以测量和量化的东西，在CAD模型中更难考虑。

当翘曲是有意的(例如，工件在焊接前故意处于翘曲状态，从而在焊接过程中由于热而变形为预期形状)，考虑这一问题的最佳方法是使用包括该翘曲的CAD模型对虚拟OLRP单元进行对齐。在这个例子中:零件在焊接前的CAD，而不是最终产品。

在更常见的情况下，当翘曲是无意的，有各种不同的工具可用来从OLRP获得机器人的精确路径:

1. 补妆:手动的解决方案。只需在机器人上运行OLRP程序，并手动调整教学挂件上任何不准确的点。这种解决方案不太理想，因为它需要机器人停机时间和使用教学挂件。假设一个排列良好的单元，需要做的润色的数量取决于零件和夹具的弯曲程度，所以这个解决方案需要多少努力可能会有很大的变化。然而，这是计算翘曲最便宜和最简单的解决方案。
   
2. Touch-Sensing:最精确的解决方案。让机器人搜索需要焊接的零件的确切位置是确保程序点准确的一种方法。触摸感应也可以是一个有用的工具，解决夹具不完全准确，他们所持有的部分的位置，从一个零件到另一个零件。然而，这种解决方案并非没有代价。触摸感应将需要额外的硬件和软件，而这在工业机器人上很少是标准配置。触摸感应操作也将显著增加循环时间，并且仅限于焊接操作。由于这些原因，虽然触摸感应是最精确的解决方案，但它也是最昂贵的。
   
3. 视觉系统:最精确的解决方案，非焊接应用。如果你的机器人做的不是焊接，比如机械加工，或者3D打印，你就不能使用触摸传感技术。然而，有很多视觉系统解决方案可以填补这一空白。这些系统都将遵循相同的原则，使用某种形式的摄像头和算法来搜索部分的某些地标，这将表明程序点的预期位置。然而，这些系统也有与触摸感应相同的缺点，因为它们通常更贵，而且在许多情况下会增加循环时间。
   
4. 焊缝跟踪:媒体解决方案。对于不熟悉焊缝跟踪技术的读者，这是一种适用于执行焊接操作的工业机器人的解决方案(几乎只适用于包含组织参数的焊接)，它可以连续测量焊炬尖端相对于正在焊接的接头的位置。焊缝跟踪修正主要是为了在焊接过程中保持焊枪在焊缝上的漂移。在本文中，我们不会讨论这些系统如何工作的技术细节。然而，由于这些系统可以主动纠正机器人程序中的焊点位置，它们还可以提高转移到物理机器人的OLRP程序的准确性。与触摸传感和视觉系统一样，焊缝跟踪包很少作为工业机器人的标准配置，需要对系统进行额外投资。此外，它仅限于焊接操作，并限制其提高精度的能力;它将能够纠正焊接点偏离他们的预期位置几毫米，它不会有效地纠正误差几厘米的点。这些修正依赖于精确的焊缝起始点，只能使用上述方法中的一种进行修正。

部分变化
根据制造过程中其他步骤的公差，装载到机器人细胞中的部件之间可能存在显著差异。这可以从部件本身的特性中看出，以及部件如何适合于持有它们的工具和夹具。上面一节中提到的工具都可以同样应用于这种不准确性的来源。然而，在工艺的其他步骤中还有降低公差的附加解决方案。在运行的机器人程序中，更一致的部件将具有更一致的精度。更一致的工具和夹具将有相同的效果。

在对虚拟机器人细胞与真实机器人细胞进行比对时，总会出现一些误差。我们生活在一个不完美的世界，所以我们需要采取措施来解释我们周围的不完美。本文为您提供了在交付OLRP时最常见的一些不完善和不准确的来源，以及如何有效地解决这些问题的更好的想法。离线机器人编程是机器人编程的未来，我们不会让硬件的不完美阻止它。