ABB机器人工作站的编程软件通过自动路径规划功能，显著降低了机器人编程的门槛：程序员只需指定任务目标，系统即可在设定范围内自主规划最佳运动路径。

与手动编写控制程序相比，自动路径规划功能表现如何？它不仅为经验丰富的工程师提供高效支持，也为机器人技术新手带来诸多便利。将看似简单的自然动作转化为机器人程序，往往需要深厚的专业知识与极大耐心，因为关节机器人通常基于六维自由度（而非简单的三维空间）进行运动控制。例如，对人类而言，实现两点间最短距离的运动非常直观；但人所依赖的六维运动感知与控制逻辑，与基于三维轨迹规划的机器人运动路径存在着本质差异。

图1  即便编程经验较少的用户，也能借助自动路径规划功能轻松编写机器人控制程序

工业机器人完成此类运动的控制程序通常分为两大类：

●  任务导向型运动：如焊接、粘接、打磨、拧螺栓及上下料等。这类运动的轨迹主要由具体工艺要求决定。

●  物料搬运型运动：在起点与终点之间预设若干程序可控的路径点，机器人通常需检测途经这些点时的碰撞风险。

在这两类运动中，机器人的路径不必严格遵循特定几何轨迹，只需在区域间实现高效移动即可。实际编程时，工程师往往力求轨迹最短，以缩短运动时间，同时确保机器人能够准确到达路径终点。

这听起来似乎简单，实则涉及机器人关节运动范围及其相关的运动奇点等问题。机器人单元尺寸越小，编程实现高效搬运且避免碰撞的难度就越高。此外，从商业效益角度考量，完全依靠人工编写机器人运动程序效率较低：专业技术投入与时间成本，尤其对中小企业而言，会迅速逼近其能力上限。

图2  编程专家和自动规划路径工具Autonatic Path Planning自动规划路径编写同一程序时的耗时比较

机器人离线编程正变得更加便捷

然而，机器人的精确运动轨迹绝非“可有可无”。ABB公司开发的机器人离线编程软件RobotStudio，能够高效编制无碰撞的机器人运动程序，使编程过程更直观、更易上手——即使对预算有限、缺乏专业编程能力的小型企业也是如此。

为了“设计”出最优的运动轨迹，工程师只需选定起点、终点和运动速度即可。短短几秒内，系统便可计算出适用于各类关节机器人的最短无碰撞路径。这不仅缩短了运动时间，也降低了机器人的能耗。借助自动化的区域参数设置功能，机器人无需在每个路径点停顿，而是沿最短路线直接运动至目标位置。例如，区域参数定义了机器人工具中心点（TCP）与目标位置之间允许的最大偏差。较大的区域参数可使运动轨迹更平滑、更短。

通常，需要通过反复调试才能在各个路径点上找到足够大且无碰撞的区域参数。用户常采用逐段试验的方法，这有助于保持机器人运动的流畅性与表现力。RobotStudio中的自动路径规划功能，可自动生成机器人程序，最大限度地扩大运动轨迹中的无碰撞区域。此外，它还能通过为一个起点设置多个终点，简化编程流程。只需点击一次鼠标，即可获得多个无碰撞的运动轨迹程序。

自动编程技术显著节省了编程时间，大幅降低了中小企业迈入机器人自动化领域的门槛。那么，自动生成的程序与人工编写的程序相比，表现有何差异？哪个更优？为此，ABB开展了一项用户调研，对比了自动编程与人工编程在实际工作站中的运行表现与性能优劣。

图3  机器人自主规划路径时的运动轨迹，机器人的原始控制程序的运动时间为5.95 s

编程专家与自动化编程的对比测试

在汽车工业中，针对机器人粘接应用的研究引发了一些专家的质疑：粘接室内部空间狭窄，使得无碰撞运动轨迹的编程变得极为困难。该工作站中的机器人需完成多个关联任务，例如取件、放置、清洁、涂胶，以及在六轴方向上进行粘接剂输送运动。

在没有现有参考程序的情况下，这项编程任务被交给3位平均拥有23年经验的机器人编程专家。专家们收到了明确的技术要求：需要将机器人从多个指定起点移动到终点，并应通过常规编程方法，尽力实现整体运动的最优化——即运动时间最短、能耗最低。同时，他们还需记录从打开RobotStudio工作站到完成全部编程所耗费的总时长。

人工编程路径更优 AI规划速度更胜一筹

正如预期，自动生成的机器人运动路径比编程专家手工编写的更长：原始程序对应的运动时间为5.95 s，编程专家编写的程序缩短至3.48 s，而系统自动生成的程序进一步降至2.99 s。值得注意的是，虽然专家编写的轨迹看似更短，但RobotStudio自动生成的程序运动速度更快，运行也更平滑。

在机器人应用中，运动速度通常是衡量性能的关键指标，而能源效率也日益受到重视。然而，在手动编程时，若采用固定速度模式，系统性地优化能耗往往难以实现。在这方面，RobotStudio等工具的运动规划算法展现出更高附加值。当然，编程专家也能通过优化程序提升机器人运动性能。但使用自动路径规划功能后，此类任务可在1.5 min内完成；即便最快的编程专家也需21 min。

RobotStudio的自动路径规划功能集成了轨迹转换与控制同步。因此，在编写物料搬运程序时，专家可借助该功能专注于特殊工况的轨迹优化。即使是编程经验较少的用户，也能轻松完成机器人控制程序的编写。