示教编程
这是最传统、最直观的编程方法，也是目前应用最广泛的编程方式,尤其适合形状不规则的焊缝。
基本原理
操作员手持一个名为“示教器”（Teach Pendant）的控制设备，像玩游戏手柄一样，手动控制机器人运动到焊接的起始点、各个拐角点、结束点等关键位置，在每一个关键点，操作员都会记录下机器人的坐标（位置和姿态），所有这些点的集合就构成了机器人的运动轨迹，操作员在示教器上设定焊接参数（如电流、电压、速度、摆焊参数等）。
优点
- 直观易学：操作员无需深厚的编程知识，只需通过手动引导机器人就能完成编程,学习曲线平缓。
- 可靠性高：编程过程即实际验证过程，确保了机器人能准确到达所有预设点,避免了程序错误导致的碰撞。
- 无需CAD模型：对于没有CAD图纸或图纸与实物有差异的工件,示教编程是唯一可行的选择。
- 调试简单：编程和调试合二为一,可以在实际工件上进行微调。
缺点
- 效率较低：对于长而复杂的焊缝，逐点示教非常耗时,尤其是在需要精确调整姿态时。
- 精度依赖操作员：编程的精度高度依赖于操作员的经验和耐心,不同的人示教出的轨迹可能会有细微差别。
- 柔性差：一旦工件尺寸或位置发生变化，通常需要重新进行示教,无法快速适应新的生产任务。
- 不适用于大批量重复性生产：如果焊缝非常规则且重复,示教编程就显得过于繁琐。
典型应用场景
- 小批量、多品种的生产：定制化金属结构件、工程机械维修、船舶分段焊接等。
- 焊缝路径不规则： artistic welding（艺术焊接）、雕塑修复等。
- 没有CAD模型的工件：基于实物进行编程。
离线编程与仿真
这是现代智能制造中越来越重要的编程方法，特别适合大批量、高重复性的生产。
基本原理
操作员在专门的软件环境中（如FANUC RoboGuide, KUKA.Sim, DELMIA等），无需操作实体机器人，在软件中创建或导入工件的3D CAD模型和工作站的3D布局（包括机器人、变位机、夹具等），在虚拟环境中规划机器人的运动路径、设定焊接参数，并进行完整的仿真，检查是否存在碰撞、奇异点等问题，确认无误后，软件会自动生成机器人可执行的程序代码（如KRL, TP等）,再通过网络下载到实体机器人控制器中。
优点
- 高效率：编程与生产可以并行进行，一台机器人正在工作时，另一台机器人或工作站可以在虚拟环境中进行下一个程序的编程和仿真,大大缩短了停机等待时间。
- 高精度与一致性：基于精确的CAD模型，可以生成标准化的、重复性极高的焊接程序,确保每个工件的焊接质量完全一致。
- 柔性极强：当需要更换产品时，只需在软件中加载新的CAD模型和程序，即可快速完成切换,无需占用实体机器人。
- 安全性高：所有的碰撞测试和路径优化都在虚拟环境中完成,避免了在实际生产中可能发生的设备损坏和安全事故。
- 优化与预演：可以进行焊接路径的优化，例如寻找最短路径、最佳焊接姿态,甚至模拟整个生产线的协同工作。
缺点
- 初期投入高：需要购买昂贵的LPB软件、高性能的计算机以及相应的培训。
- 需要CAD模型：编程的准确性完全依赖于CAD模型与实际工件的吻合度，如果模型有误差,会导致实际焊接时出现问题。
- 技术门槛高：操作员需要具备一定的机器人学、编程和3D建模知识。
- 现场标定要求高：虚拟世界和物理世界之间存在误差，需要精确的坐标系标定（如工具坐标系、工件坐标系）,否则程序下载后可能无法直接使用。
典型应用场景
- 汽车制造：车身焊接、底盘焊接等大批量、高节拍的生产线。
- 家电制造：冰箱、洗衣机等外壳的焊接。
- 标准化组件生产：如钢结构、管材、货架等重复性高的产品。
基于传感器的编程（或称“引导式编程”）
这是一种结合了示教和离线编程优势的先进方法,通过传感器技术实现编程的自动化和智能化。
基本原理
该方法的核心是利用传感器来探测和识别焊缝，操作员只需进行简单的示教，给出一个大概的起始点和焊接方向，机器人便能依靠自身的视觉系统（如2D/3D相机）或激光传感器自动寻找并跟踪实际的焊缝路径，编程过程从“教机器人所有点”转变为“教机器人如何自己找点”。
优点
- 极高的柔性：能够很好地应对工件位置偏差和热变形，即使工件在夹具上存在几毫米的偏移，机器人也能自动修正路径,无需重新编程。
- 效率高：只需示教几个关键点，机器人便能自动完成整个焊缝的寻找和焊接,大大减少了示教时间。
- 适应性强：可以焊接一些示教编程难以处理的、结构复杂的焊缝。
- 降低对操作员经验的依赖：减少了繁琐的手动微调,使编程过程更简单。
缺点
- 成本高：需要集成视觉系统、激光传感器等硬件,增加了设备的初始投资。
- 技术复杂：需要配置和调试传感器，编写相应的处理算法,对系统集成能力要求高。
- 对环境敏感：传感器可能会受到焊接过程中的弧光、烟雾、火花等干扰,需要采取有效的保护措施。
典型应用场景
- 存在装配公差或变形的工件：汽车白车身的点焊、密封胶的涂胶。
- 结构复杂的焊缝：管管对接、T型接头等。
- 需要与变位机协同运动的焊接：机器人可以实时跟踪变位机运动中的焊缝。
总结与对比
| 特性 | 示教编程 | 离线编程与仿真 | 基于传感器的编程 |
|---|---|---|---|
| 核心原理 | 手动引导机器人记录轨迹 | 在虚拟环境中编程并生成代码 | 传感器自动识别并跟踪焊缝 |
| 优点 | 直观、可靠、无需CAD | 高效、高精度、柔性强 | 柔性极高、适应偏差、简化示教 |
| 缺点 | 效率低、依赖经验、柔性差 | 成本高、依赖CAD模型、技术门槛高 | 成本高、技术复杂、对环境敏感 |
| 学习难度 | 低 | 高 | 中 |
| 初始成本 | 低（示教器标配） | 高（软件、硬件） | 高（传感器、集成） |
| 最佳应用 | 小批量、多品种、不规则焊缝 | 大批量、高重复性、规则焊缝 | 有公差/变形、复杂结构、需自适应 |
在实际生产中，这三种方法常常结合使用，使用离线编程生成一个标准程序的框架，然后通过示教编程对关键点进行微调，最后在运行时，利用传感器来补偿工件的微小变形，以达到最佳的焊接效果，选择哪种方法，取决于具体的产量、产品精度、预算和自动化水平。
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