産業ロボットの独立したプログラミング技術による指導の免除について

現代の製造生産において、溶接は最も重要な工程方法の一つであり、機械製造、原子力産業、石油化学工業、航空宇宙など多くの分野で広く使用されています。溶接は工業の「裁縫師」として、工業生産における非常に重要な加工手段ですが、同時に溶接煙、アーク、金属飛散物などの存在により、溶接作業環境は非常に悪く、製品品質に対して溶接品質が決定的な影響を与えます。

産業用ロボット、センサ、人工知能技術の発展に伴い、産業用溶接ロボットが徐々に労働者を複雑で厳しい、場合によっては危険な溶接作業現場から解放しています。IFR 2021で発表された情報によると、世界中の工場で稼働している産業用ロボットの数は過去最高の300万台に達し、前年比で10%増加しました。IFR 2018のデータによると、産業用ロボットの40%が溶接および切断産業で使用されています。

溶接ロボットはその誕生から現在に至るまで、おおよそ三代を経験してきました：第一世代は「教育-再生」（Teaching and playing）の作業モードを持つロボットで、操作がシンプルであり環境モデルを必要とせず、教育工程で機械構造によって引き起こされる誤差を補正できるなどの特徴があり、工業用溶接生産で広く使用されています。第二世代は構造環境に基づいたオフラインプログラミング型（Off-line programming）の溶接ロボットで、得られた溶接環境情報と部品のCAD/CAMデータを組み合わせ、コンピュータグラフィックス技術を使用して、溶接タスクのオフライン計画および3D動的シミュレーションを行います。この種の溶接ロボットは一般的に「産業用ロボット＋オフラインプログラミング」のワークステーション形式で現れ、例えば市場にある一般的なサードパーティ製のオフラインプログラミングソフトウェアであるRobotMaster、Sprutcam、RobotSmartや、ロボット本体メーカーの提供するオフラインソフトウェアであるRobotStudio、Roboguideなどがあります。第三世代は多様なセンサーを搭載し、作業指示を受け取った後、溶接環境に応じて独立してプログラムや計画ができるインテリジェント（Intelligent）な溶接ロボットです。技術の複雑さと人工知能の遅れにより、この世代の溶接ロボットは実験研究段階にあります。現在、国内外で少数のメーカーが関連製品を持っています。著者は、第二世代のオフラインプログラミングソフトウェアをモデル駆動型ロボットプログラミングと呼び、第三世代をビジョンに基づくモデル駆動型自動プログラミングとします。

以下の内容は干货（実用的な情報）であり、これは著者の個人的な見解に基づいており、必ずしも広東省越技術の公式意見を完全に代表するものではありません。工場の生産プロセスにおいて、溶接と切断には高い信頼性と工程要件が求められます。純粋に視覚ベースの切断および溶接方案は学術研究には適していますが、現在の工業現場では適用できないか、または特定の細分化されたシーンにのみ適用されます。その理由は以下の通りです。まず、環境（作業物）データを収集した後、溶接ロボットは作業物の溶接または切断位置を判断し計算する必要があります。これはレベル4の自動運転技術に類似した問題です。その困難点には次のようなものがあります：1. 収集されたデータが欠損している、または十分に正確でない；2. たとえデータが要件を満たしていたとしても、複雑なポイントクラウドデータや画像データからどのようにして自動的かつ確実に溶接部分を抽出するか；3. 加工トラックを抽出し、溶接および切断プロセスをどのように決定するか、この点は前述の2つのよりもさらに難しいです。

試験なし教育プログラムの第三代と第四代の比較

この場合、CAD／CAM、ロボティクス、3Dビジョン、人工知能で使用されるセンシティブ技術は、年月をかけて蓄積され、既存の成熟したロボットのインテリジェントプログラミングソフトウェアと3Dビジュアルセンサーに基づき、第二世代および第三世代の二つのプログラミングの利点を基に、第四世代の自由教示自動プログラミング方法を提案しました。すなわち、モデル駆動およびビジュアルセンサーによる自律プログラミングです。

上記の図に示すように、生産前にロボットの軌道は作業ピース番号モジュールのために計画されます。モデルの注釈と自動抽出を通じて各部品に対応するプロセスを決定します。しかし、デジタルオフラインソフトウェアと実際のワークステーションの間には、モデルと実際のワークピースの偏差や、溶接および切断プロセス中の変形などの違いがあります。この問題に対して、異なるスケールの3Dビジョンセンサを使用して、軌道の粗い位置決めと精密位置決めを行います。異なるセンサの組み合わせにより、大範囲のプログラミング（100mm以上）と高精度（0.1mm未満）の軌道補正の要件を満たすことができます。この方式は非常に汎用性が高く、生産プロセス中に人的介入は不要であり、デジタルシミュレーションとセンサ測定データの組み合わせにより信頼性が向上します。

オフラインプログラミングソフトウェア RobotSmart の操作は、以下に詳細に説明されています。低速電動三輪車部品の前面垂直ビームのフリーティーチング溶接を例として、操作プロセスを説明します。

ステップ1、ソフトウェアを開き、溶接モジュールに入ります。作業物に応じて、事前のスキャン、位置決め、または追跡を使用するかどうかを選択します。次のステップは、軌道計画と自動プロセス計算のために作業物と溶接エッジを選択することです。

特に注目に値するのは、現在RobotSmartが4つのファミリー・ロボットと広範なロボットをサポートしていることです。ラインレーザーセンサはミンユエテクノロジーのHA、WR、LDWモデルのみをサポートし、バイノキュラーストラクチャーライト（SmartEye Vision WR Yue社が独自開発したR/HAシリーズを含む）もサポートしています。