航空製造領域對工（gōng）業機器人有（yǒu）哪些（xiē）要求？-數控機床市場網（wǎng）

航空製造領域對工業機器人有哪（nǎ）些要（yào）求？

2017-1-10 來源（yuán）：轉載作者：- 訪問量：

隨著工業機器人在航空製造領域應（yīng）用的逐漸（jiàn）深入，一些不足也開始（shǐ）呈現出來（lái），例如作業規（guī）劃和幹涉碰撞檢測的自動化程度低、定位標定和離線編程等生產（chǎn）準備時間長、對作業柔性和可拓展性考慮不足導致設備利用率不高等，在航空產品單件小（xiǎo）批生產模式下有時無法體現（xiàn）出機器（qì）人（rén）的優勢。

　　因此，未來航空製造領域的（de）工業機器人需要更好地適應（yīng）單件、小批生（shēng）產模式下多變的（de）任務需求（qiú）、複（fù）雜的場地（dì）環境，提高定位及運動精度，縮短離線編程和生產準備時間，提高設備利用率等，真正發揮出機器人的優勢和特點。下列技術將成（chéng）為共性的關鍵使能技術。

　　 高精度測量定位技術

　　工（gōng）業機器人的重複定位精（jīng）度高而絕對定位精度低，無（wú）法滿足飛機數字化裝配（pèi）中絕對定位精度要求，因此需要高精度測量裝置引導機器人末端執行器實現（xiàn）運動軌跡的伺服控（kòng）製。目前來（lái）看，大範圍測量主要使用激光跟（gēn）蹤儀和iGPS 等，局（jú）部測量中單目視覺、雙目視覺（jiào）、手（shǒu）眼視覺、激光測（cè）距傳感（gǎn）器等各有所（suǒ）長，在某些特殊場合（hé）下（xià），聲覺、力覺傳感器也有用武之地。可以（yǐ）預見的是，多傳感器信息融合技術必將得到進一步發展。

　　 末端精度（dù）補償（cháng）技術

　　機（jī）器人末（mò）端精度受運動學插（chā）補、機器人（rén）負載、剛度、機（jī）械間隙、刀具（jù）磨損、熱效應等多種因（yīn）素的影響，因此除了采用高（gāo）精度的測量儀器外（wài），建立定位誤差（chà）模型和補償（cháng）算法（fǎ）也是提高（gāo）定位精度的重（chóng）要手段。為此，需要對機器人的關（guān）節剛度、位（wèi）置誤（wù）差、溫度引起的變形等進行參數（shù）辨識，獲（huò）得誤差（chà）模（mó）型或誤差（chà）矩陣，進而通過精度（dù）補償（cháng）算法對（duì）末端執行（háng）器的定位提供伺服（fú）修正。

　　 智能（néng）規劃（huá）技（jì）術

　　機器（qì）人是自動化的載體，無論是鑽孔、噴塗、焊接、切割、裝配還是塗膠、點膠，最終都依靠機器人末端嚴格按照預定軌跡運動完成（chéng）作業，因此軌跡規劃的結果（guǒ）直接影響機器人的工作效能和效率，而軌跡規劃的效（xiào）率和自動化程度則直接影響生產準備時間。在對工藝深入了解的基礎上，實現自動（dòng）路徑規劃、機器（qì）人軌跡優（yōu）化、自（zì）動幹涉校驗、工藝（yì）參數與過程（chéng）優化是一個重要的（de）研究方向。

　　為了提高機器人的智能（néng）化程度，諸如專家係統、模糊係統、進化計算（suàn）、群計算（suàn）、機器學習、神經（jīng）網絡等人工智能方法將被大量引入，而圖像識別、語音識別、語音合（hé）成、自然語言理解等（děng）技術也會（huì）被（bèi）廣泛應用於增加、改良人機（jī）交互方式。此（cǐ）外，雲計算、大數據等技術的快速發（fā）展，資源共享、知識共享、數據（jù）挖掘等理念為提高機器（qì）人（rén）的分析、決策和協作能力提供了新的思（sī）路。

　　 機器人控製技術

　　由於工業機（jī）器人是一（yī）個非線性、多變量的控製對象（xiàng），結合（hé）位置、力矩、力、視覺等信息反饋，柔順控製、力（lì）位混合（hé）控製、視覺伺（sì）服（fú）控製等方法得到了大量應用和研（yán）究（jiū），麵對高速度、高精度、重載荷的作（zuò）業需求，機器人的（de）控製方法仍將是研究重點。

機器人本體結構創新設計

　　由於航空產品結（jié）構的特殊性，傳統的工業（yè）機器人有時（shí）無法滿足需求，隨著機器人技術在航空製造領域的逐漸深入（rù），對專用、特種、非標機器人的需求越來越多，這意味著需要（yào）針對具體任務進行本體結構的創新設計，擴大機器人的應用領域。

　　 可重構柔性（xìng）加工單元（yuán）技術

　　在飛機的製造（zào）和裝配中，工（gōng）裝型架數（shù）量多、尺寸大、種類多，是一筆（bǐ）很大的開銷（xiāo）。未來的工裝將采用模塊化設計，通過移動各種動態模塊改變工裝格局，適應不同尺寸和類型的（de）產品。空客公司正在研製（zhì）的“無型架數字化裝配技術中（zhōng）心”就是該理念的產物，該中心是一個軟、硬件相結合的裝配工作站，融合了一體化數字工裝和各項裝配（pèi）、調整、檢測技術，可大大提（tí）高飛機裝配效率。

　　 數字化（huà）製造體係支持技術

　　在以基於模型定（dìng）義（Model Based Definition， MBD）為核心的數字化工藝設計和產品製造模式下，由三維設計數模分別派（pài）生出的三維工藝數模、工裝數模和檢驗數模成為機器人（rén）作業規劃和離線編程的依據，因此基（jī）於三維數模的作業規劃、基於輕量化模型的（de）裝配過程可（kě）視化、基於MBD 的數字化檢測和基於（yú）MBD 的集成數據管理功能不可（kě）或缺。此外，未來的（de）機器人離線編程和控製係統需要更（gèng）加開放，包括支持標準三維數據格式、提供標準化的數據訪問接口、與製造信息化係統互聯等。

　　伴隨著這些關鍵技術的突破和（hé）進步，未來的航空製造機器人將向（xiàng）智能化、柔性化、靈（líng）巧化、協作化的方向發展，以適應航空製（zhì）造業日新月異的發（fā）展和不斷湧現的新需求：

　　（1）智能（néng）化。現有工業機器人需要通過人工示教或離線（xiàn）編程才能執行作業（yè）。提高定位標定、作業規劃和碰撞檢測（cè）的智能程度，以縮短生（shēng）產準備時間（jiān），是未來工（gōng）業機器人的一個重要發展方向，人們甚至希望（wàng）未（wèi）來的機器人能夠對自身的行為進行（háng）實時規劃和控製，獨立自主地（dì）完成工作，而不是僅僅局限（xiàn）於動作重複（fù）。

　　（2）柔性化。傳（chuán）統工業機器（qì）人追（zhuī）求速度和精度，其重量（liàng）大、體積大、功耗大、剛性大，但在某（mǒu）些特殊場合下，具有關節力反饋能力和（hé）關節柔性的輕質機器人（rén）因其自重小、低功（gōng）耗、較高負載／自重比和具備（bèi）柔順控製能力等特點更具優勢。

　　（3）靈巧化。航空製造經（jīng）常需要在複雜、隱蔽的產品空間內部進行作業，比如飛機壁板內部的監測、標準件緊固及密封，以及進氣道的測量、安裝、噴塗、檢驗等，關（guān）節式冗餘自由度（dù）機器人因其（qí）工作空間大、靈活性高等特點而呈現出良（liáng）好前景。

　　在行走機（jī）構方麵，工業機器人大（dà）多采用軌道結構，占用工作空間和地麵大，廠房投入和維護成本高。在輪（lún）式或履帶式（shì）移動平台上安裝工業（yè）機器人，從（cóng）而達（dá）到（dào）圍繞零件移動（dòng）製造的目的不失（shī）為一種更經濟的辦法。利用真空吸附裝置等實現工件（jiàn）表麵攀附的爬（pá）行機器人也值得關（guān）注。

　　（4）協（xié）作化。雙臂或多臂（bì）機器人越來越受到國內外（wài）眾多科研機構的高度重（chóng）視，abb、kuka、YASKAWA等國際知名機器人製造商紛（fēn）紛開展了（le）相關產品的（de）研製，目前已經有利用（yòng）雙臂協調機器人進行航（háng）空複合材料自動鋪放的報道。

　　另外，盡管機器人技術的發展日新（xīn）月異，但畢竟不可能完全取代人，將（jiāng）機器（qì）人集成到生產中，使機器人與人並肩工作，消除人機之間的防護隔離，將人從簡單枯燥的工作中解放出來，進而從事更有附加值的工作，一直（zhí）是人們心目中最理想和最具吸引力的航空製造模式。2012 年底，德國（guó）、奧地利、西班牙等國家在歐盟第七框（kuàng）架計劃“未來工廠”項目的資助下聯合發（fā）起VALERI 計（jì）劃，其目的就是實現機器人先進（jìn）識（shí）別和人機協同（tóng）操作。空客也在其飛機組裝的未來探索（FUTURASSY）項目中做出了大膽嚐試，將日本川田工業株式會社研製的（de）人（rén）型雙臂機器人應（yīng）用於A380方向舵組裝工作站，與普（pǔ）通（tōng）人類員工（gōng）一起進行鉚接工作。

　　 結束語（yǔ）

　　我國航（háng）空製造業正處（chù）於高速（sù）發展階（jiē）段，新材（cái）料、新工（gōng）藝的不斷出現（xiàn）和高質量、低成本、柔性化製造的需求使得企業迫切需要技術和設備升級（jí）改造，因此非常（cháng）期待工業機器人技術的進一（yī）步發展，同時機器人技術與基礎（chǔ）理論（lùn）研究的進步也為工業機器（qì）人在航空製造業（yè）得到青睞提供了機遇。可以預見（jiàn）的是，在我國大力發展航空技術的時代（dài）背景下，工業機器人必將在航空製造領域發揮更大的作用。

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