工业机器人在飞机数字化装配中的应用

工业机器人在飞机数字化装配中的应用

随着当今飞机结构设计复杂性的增加及数字化装配技术难度的提高，越来越多地依靠人力手工完成的装配工作或其他复杂制造环节的工作己无法继续按传统的方式实现。而随着集成制造技术发展起来的工业机器人技术，越来越多地开始被航空制造业所关注和运用。

1工业机器人技术的发展

工业智能机器人是一种能自动定位控制的操作机二能搬运材料、零件或操持工具._井且，这种机械电子装置正向着智能化方向发展集成应用于当今飞机数字化柔性装配技术体系中，能适应多种复杂装配环节的工作，可以更加快速、准确地运动和作业。

自从20世纪60年代初世界第一台机器人在美国全球销售额的33%。机器人自动化系统和相关服务，涉及大约225家公司。其年营业额超过了130亿欧元。并且以每年1%的速率在增长。

我国20世纪80年代，开始对机器人技术进行研究和开发、日前仍然没有形成完整的自主研发的实用性技术体系。特别是在航空领域、还没有针对飞机装配特定环节的专用机器人/机械臂，我国航空企业所使用的机器人系统绝大多数都是国外采购，国内并无该方面的自主研发设备和技术。并且，由于航空工业的高梢度、高效率、低成本等要求，使得该系统技术还未能在航空专用制造领域中被充分利用:在多自由度专用机械臂技术方面的研究，我国发展起步时间相对较晚，质最性能存在缺点，研究品种比较单调，实用性、专用性价值不高。未来国际上工程实用化工业机器人系统的发展主要包括以下4个方面:

(1)结构的优化设计。结构更加灵巧，新的高强度轻质材料使用，进一步提高其负载r自重比，同时机构进一步向着模块化、可重构方向发展。

(2)直驭式、多传感器融合、遥控及监控等技术的实用化运用。

(3)智能化、并联机器人技术发展。多智能体(mulli-agent)协调控制技术应用。实现多机械臂、机器人、人机结合协作工作。

(4)针对高精尖的行业领域开发专用机械臂或机器人系统。

2工业机器人技术在飞机装配中的重要价值

传统的工业机器人已在汽车行业大量应用，具有灵巧柔性好、机动性好、环境适应性强、生产效率高、成本低、便于维护、精度有限、负载能力弱等特点。而精度、刚度和负载的不足，使得其在飞机装配中的应用方面长期受到限制。但随着数字化技术和机器人技术的发展。机器人己演变成一种智能化的设备，出现具有自主性、智能性、移动性、作业性特点的智能机器人。智能机器人技术已能满足飞机装配的需求，作为一种灵巧、高柔性和较低成本的自动化装备，可克服传统数控机床的不足，集成应用干飞机自动化柔性装配系统中.能适应多种复杂装配环节的工作，可以更加快速、准确地移动、定位、调整和作业(如制孔、测量、铆接、安装、涂胶、焊接等)。目前，智能机器人在国外飞机制造特别是装配领域的应用不断扩大。

在国内飞机制造特别是飞机装配中应用智能工业机器人技术，具有以下6点战略意义和价值：

(1)提高飞机制造的自动化、数字化和柔性化水平，克服手工装配的局限，实现新一代飞机结构的长寿命、高可靠性和装配质量稳定性要求，满足飞机设计性能技术指标；

(2)通过应用基于机器人的自动化装配系统，提高飞机装配的生产效率和产能，满足批生产要求，实现飞机产品的准时供应，提高市场竞争力；

(3)立足自主创新，突破和掌握自动化装配系统的关键技术，打破国外的技术封锁，形成具有自主知识产权的内动化装配技术体系，提高国内航空产业的国际竞争力：

(4)掌握自动化装配技术关键技术，在国际合作、技术／设备的引进和消化吸收上提供技术基础和保障，掌握主动权；

(5)为国内自动化装配系统的研制打下基础，节省引进费用；

(6)带动国内机器人、数字化技术、自动化装各制造等相关产业的发展，提高国内的技术水平，并可辐射井推动相关产业的高技术化。

由于机器人自身的优势和特点，其经济价值表现在下面11个方面：

(1)节省场地费；

(2)节省固定投资；

(3)机动性好、灵活方便，免除了重复投资；

(4)生产准备时间短；

(5)更换不同的执行器，实现多用途：

(6)维护费用低；

(7)投资见效快，制造周期短；

(8)投资回报率高；

(9)安装调试时间短，生产投人快；

(10)可重构性好，适于飞机的多品种、小批量生产；

(11)可在恶劣环境下工作，大大减轻对人体的伤害，从而减轻企业的劳保花费。

3智能工业机器人在飞机装配中的主要应用技术案例

针对飞机装配中的主要工作环节内容，可以分为壁板级装配环节、半壳体装配、部段舱段装配、舱段对接装配和翼身对接装配5大部分，因为机器人可以携带一定重鼍的不同功用的束端执行器进行工作，因此这部分中很多工作内容已经或者将来可以借助智能机器人技术进行数字化装配改进。具体包括以下8项主要技术。

3.1自动化切割

切割机器人能满足切割零件高精度的要求，完成高质量亡作，它包括火焰切割、等离于切害4和激光切割等。另外，也可以实现对飞机壁板的自动化修边。飞机壁板件在加工成型时总要留有一定的余摄，在装配前根据具体配合关系进行切边修整。采用工业智能机器人能够更高效、更便捷、更精准地完成零组件切边工作，如1所示。从而代替传统的手工修边或笨重的切边机等。

1机器人为铝合金件切边

3.2机器人自动制孔与连接技术

装配过程中的零组件装配、部件装配和部件对接装配过程都需要进行大量的制孔、铆接等连接工作。先进飞机装配技术已经有了革命性的发展和创新。机器人已经实现自动钻铆、焊接等工作，并逐渐应用于飞机装配中。在大型飞机机身壁植上进行连接，采用人工钻铆方式完成敬以万计的紧周件制孔、铆接非常耗时耗力，而采用机器手带动钻铆末端执行器，或采用爬行机器人可以轻松实现，并且效率是人工的6-10倍。

现代飞机大量采用复合材料、钛台金等难加工材料，大型飞机对大尺寸孔的制备精度提出了更高的要求，因此普遍采用自动化制孔技术以满足结构的长寿命、隐身性和互换性的要求。如2，3所示，机器人自动制孔系统可用于壁板、冀盘、舱段及大部件对接等方面。

2串联机器人制孔

3并联机器人制孔

自动化连接按方式分为3种：机械连接、焊接和腔接。4中为机器人完成发动机短舱上的焊缝工作根据连接对象叉可分为零组件的连接、部件的组装及对接总装。对于机器人而言，只需更换一组末端执行器，略微修改工作运动指令程序，即可轻松实现多种连接工作。

4机器人短舱上焊接工作

3.3测量辅助机器人数宇化装配定位