為了評(píng)價(jià)制造流程中的形狀和尺寸穩(wěn)定性需要使用專門針對(duì)零部件以及機(jī)床開發(fā)的測(cè)量樣架。但是由于高昂的費(fèi)用以及測(cè)量夾具機(jī)械精度較低，目前從技術(shù)和成本兩方面考慮已經(jīng)不值得推薦。隨著不斷提高的質(zhì)量要求和產(chǎn)品的多樣性，大多數(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)合都紛紛要求精確、靈活的三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。
光學(xué)三維數(shù)字化系統(tǒng)，比如三維掃描儀主要用于采集工件的幾何數(shù)據(jù)。借助于這種系統(tǒng)可以在不接觸工件的情況下以比較高的數(shù)據(jù)采集速率在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部自由檢測(cè)幾何形狀。數(shù)字化的結(jié)果是一系列非結(jié)構(gòu)化的高解析度的三維點(diǎn)云。然后按照特殊的算法生成環(huán)形的三角形網(wǎng)格，并轉(zhuǎn)換為STL格式或者其他常見(jiàn)的CAD格式。在進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的時(shí)候可以直接將檢查軟件的測(cè)量數(shù)據(jù)與此前在設(shè)計(jì)階段得到的CAD模型數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。與編程成本和由此帶來(lái)的長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)備工作相比，用于采購(gòu)的費(fèi)用少得可憐。因?yàn)閷?duì)不同類型的零部件都需要手動(dòng)編寫大量程序。
編程工作耗時(shí)很長(zhǎng)，需要高素質(zhì)人員大量的時(shí)間來(lái)完成?；谶@樣的背景，機(jī)器人編程成為了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的主要經(jīng)濟(jì)性方面的決定因素。
為了開發(fā)潛力巨大的市場(chǎng)，需要進(jìn)一步開發(fā)機(jī)器人技術(shù)。這方面的力度要比按照中小企業(yè)需求所進(jìn)行的開發(fā)工作大得多。這樣才能夠提高應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的任務(wù)的適應(yīng)能力，才可以更加經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
目前機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)盈利
現(xiàn)在，越來(lái)越多的研究項(xiàng)目正在致力于提高機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)的柔性和可適應(yīng)性。這些系統(tǒng)主要針對(duì)能夠自動(dòng)化測(cè)量、采集待測(cè)物體的三維幾何數(shù)據(jù)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目前尚未弄清。這也正是逆向工程的研究方向之一。但是其缺點(diǎn)在于需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)對(duì)設(shè)定的區(qū)域進(jìn)行預(yù)掃描處理。這些工作是生成數(shù)字化軌跡的前提條件。已經(jīng)獲得的平面模型可以根據(jù)其不完整性和尺寸上的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)，目的主要是為了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理。
接下來(lái)的工作是在數(shù)字化過(guò)程中確保機(jī)器人效應(yīng)器和待測(cè)物體之間的非干涉性，因?yàn)橛袝r(shí)候無(wú)法標(biāo)明機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈條與物體之間潛在的干涉。為了消除機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)方面的虧損，機(jī)床和運(yùn)行科學(xué)研究所(IWB)正在開發(fā)一套智能的、可自行調(diào)節(jié)的、基于工業(yè)機(jī)器人的數(shù)字化系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以在比較低的編程成本下針對(duì)非常多樣的類型進(jìn)行快速靈活的測(cè)量。這套系統(tǒng)能夠憑借高度集成的自動(dòng)化機(jī)器人編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)較高的適應(yīng)性能。這一點(diǎn)主要是依靠測(cè)量方法與模塊化的機(jī)器人編程技術(shù)之間進(jìn)行有機(jī)協(xié)同而達(dá)到的。
然后數(shù)字化系統(tǒng)需要將精度較低的機(jī)器人軌跡轉(zhuǎn)換為待測(cè)物體上相應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)。機(jī)器人通過(guò)掃描周圍環(huán)境來(lái)定位正在進(jìn)行數(shù)字化的工件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)碰撞導(dǎo)航。隨后，這套系統(tǒng)需要將事先生成的精度較低的機(jī)器人軌跡與工件真實(shí)的情況進(jìn)行匹配，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)字化流程。
自我調(diào)節(jié)機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)
基于機(jī)器人的三維數(shù)字化系統(tǒng)的潛力和優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)如下：高度的自動(dòng)化和適應(yīng)性；直觀的操作界面，一般用戶也能夠運(yùn)用自如；適宜于小批量、多變的產(chǎn)品類型；可以離線補(bǔ)償生成的機(jī)器人程序；當(dāng)測(cè)量物體增多時(shí)能夠減少編程過(guò)程所需要的輔助時(shí)間；通過(guò)數(shù)字化提高經(jīng)濟(jì)效益。
機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架主要由如下組成：一臺(tái)商用測(cè)量機(jī)器人、一套三維模擬系統(tǒng)、一套嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)、一套檢查軟件以及一套多傳感器網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)待數(shù)字化物體現(xiàn)有的CAD模型為基礎(chǔ)生成的初步的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三維模擬系統(tǒng)能夠?qū)霗C(jī)器人軌跡。其后能夠?qū)⒄鎸?shí)的模擬導(dǎo)入總體評(píng)估流程，從而達(dá)到所期望的數(shù)字化流程質(zhì)量。
機(jī)器人與模擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)協(xié)同
與機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)協(xié)同的模擬軟件需要完成如下任務(wù)：處理傳感器捕捉到的數(shù)據(jù)，確保機(jī)器人與待數(shù)字化物體之間無(wú)關(guān)涉。此外，這套系統(tǒng)還必須自動(dòng)將所有的機(jī)器人軌跡的數(shù)字化數(shù)據(jù)與零部件的拓?fù)鋽?shù)據(jù)進(jìn)行匹配。
模擬軟件的核心是一套R(shí)T-LAB/QNX軟件，以及具有實(shí)時(shí)功能的機(jī)器人模塊(包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng))。
機(jī)器人模型通過(guò)以下環(huán)節(jié)對(duì)自身進(jìn)行描述：尺寸大小、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性以及動(dòng)態(tài)性能。環(huán)境模型包含了所有關(guān)于位置和大小的信息，比如顯著的障礙物、用三維卡片簡(jiǎn)略描述的自由空間信息。這些信息可以在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)額外的傳感器捕捉或者補(bǔ)充。
已有的實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)并不能使用真正的機(jī)器人控制系統(tǒng)，而是在調(diào)節(jié)循環(huán)之外記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。這樣機(jī)器人制造商可以集中精力優(yōu)化控制和調(diào)節(jié)算法。
編程系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)不斷發(fā)展
第一步將按照上文所述的編程和模擬系統(tǒng)開發(fā)一個(gè)試驗(yàn)性質(zhì)的版本。這個(gè)軟件模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的軌跡，用于定義局部的笛卡爾坐標(biāo)系，由此才能夠進(jìn)行有效的三維形狀采集工作。另外，也可以利用一種針對(duì)機(jī)器人的語(yǔ)言獲取數(shù)字化軌跡的輸出。這套試驗(yàn)性質(zhì)的軟件模塊包含了以下組件：用于輸入待數(shù)字化物體三維表面模型和直觀設(shè)置機(jī)器人數(shù)字化系統(tǒng)的用戶界面；根據(jù)光學(xué)切割原理建立的掃描儀模型；根據(jù)不同類型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性建立的模型；基于建立模型和優(yōu)化機(jī)器人軌跡的專家系統(tǒng)；基于全局?jǐn)?shù)字化流程的真實(shí)模擬，主要利用了接近于現(xiàn)實(shí)的估算而得出的拓?fù)淠Ｐ秃蛯?duì)流程結(jié)果的評(píng)估；用于生成與機(jī)器人軌跡的后處理器。
（轉(zhuǎn)載）
