工业机器人在航空航天领域的应用

吕志胜　郭永涛

摘 要：本文简述了工业机器人的基本定义，介绍了工业机器人在航空航天领域方面的几种应用以及工业机器人在航空航天领域今后发展趋势。

关键词：工业机器人；航空航天；应用；发展趋势

1 引言

自英国工业革命以来，随着生产力的发展，机械已经慢慢取代人力劳动。工业机器人的出现，实现了生产的自动化，提高生产效率，减少了工伤事故的发生。近年来，随着机电一体化设备的不断发展，工业机器人因具有一致性和可靠性好，精确度高等特点被广泛应用在机械、汽车、化工以及航空航天制造领域。

目前，航空航天领域制造仍是劳动密集型，且它对产品的工艺和精度要求也较严格，生产能力也不足。为此，航空航天领域制造企业通过工业机器人来实现自动化生产，企业生产模式转型升级和装备先进制造能力提升具有重要意义。

2 工业机器人定义

工业机器人是一种自动的、位置可控的、具备编程能力的多功能操作机，它一般具有几个关节轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。工业机器人由机械系统、驱动系统和控制系统单个基本部分组成。机械系统即执行机构，包括基座、臂部和腕部，一般有3至6个运动自由度。驱动系统是驱动机械的驱动装置，使执行机构产生相应的动作。控制系统根据机器人作业的指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人执行机构，使其完成规定的运动和功能。

3 工业机器人在航空航天领域的应用

目前，工业机器人的已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业，机械加工行业，食品行业、木材与家具等多个行业，近年来，在航空航天领域工业机器人也广泛使用，主要是用于机械加工制造，通过它可以完成航空航天产品的焊接、 喷涂、 热处理、装配等作业。由于航空航天产品的生产和制造具有结构复杂、尺寸大、性能指标精度高、环境洁净度高、载荷重等特点，因此，对工业机器人的结构、性能、动作流程和可靠性等都提出了更高的要求。

（1）喷涂，它是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上形成一特制薄膜层，以提高几件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面技术。飞机表面的涂层质量对飞机至关重要，主要是体现在涂层厚度、表面粗糙度、厚度公差、气孔率对于人工喷涂较困难。而采用机器人技术则可以较好解决这些问题。工业机器人喷涂可以解决涂覆的一致性，用同一设备即可完成整个工件，避免了人工多个区域操作的差别，另外它可以有效地消除了涂覆后的再打磨和涂层中的气孔，涂层表面公差更均匀，减少了材料的浪费，降低了处理废料的成本，保护了操作者免受喷涂材料粉尘的污染。

（2）焊接，它是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使连接件达到原子结合的加工方法。焊接机器人是从事焊接的工业机器人，它是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。在航空航天制造领域，焊接应用越来越多，它用于铝合金及其航空航天材料的点焊、弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊。工业机器人焊接可以很大幅度提高焊接过程中的速度和质量，同时能降低焊接成本和复杂曲面焊接难度，实现焊接过程自动化。工业机器人焊接在于离线编程和虚拟仿真技术，它可以优化焊接路径提高效率。

（3）热处理，它是通过加热、保温、冷却来改变金属及其合金表面或内部组织结构，以达到控制性能的工艺方法。由于航空航天领域材料具有高度的性能，往往要具有耐高温、轻质量、高强度等特点，所以原始加工的材料必须经过热处理提高其性能。工业机器人热处理可以实现热处理生产过程的自动化，保证热处理工艺产品的一致性和稳定性。在热处理中的应用，促使热处理工业机器人设备向高效、低成本、柔性化和智能化的方向发展。此外，热处理工业机器人可以有效地改善工人的劳动条件，提高产品质量和劳动生产率。

（4）装配，它是将生产的零部件按照规定的图纸技术组装起来，经过调试、检验使之成为最终使用产品的过程。 航空航天的装配包括部装和总装两个环节，部装主要完成舱体口盖的修配、托板螺母及支架铆接、钻孔等，总装主要完成成件的安装以及总装测试。工业机器人的应用，可以提高航天装备装配效率，缩短航天装备生产周期，保证装备配质量一致性，对多机器人协作、机器人手眼视觉、机器人自动导航等，为航天装备柔性化只能生产车间建设打下了技术基础。

4 工业机器人在航空航天领域的发展趋势

当前，航空航天领域产品制造仍然处在一个劳动密集、工序繁复、环境恶劣等阶段。生产的产品精度和生产能力的不足，极大阻碍着航空航天制造领域的发展。工业机器人因其生产过程中产品的一致性好、可靠性高和适用性强等优点，已经广泛应用汽车、机械加工行业、物流、航空航天制造领域等多个行业，并且日趋成熟。它不仅有效的提高了产品质量和生产效率，节约了人工劳动力以及生产制造的成本，而是更加增强了航空航天领域企业的生产柔性和竞争力。由于航空航天领域科技的飞速发展，带来了航空航天制造企业的不断增多，进而应用工业机器人的情况越来越多，技术发展也越来越高。

我国工业机器人技术及产品不断在航空部件装配、航天产品生产线以及卫星系列产品生产研制中逐渐得到了广泛应用和推广，但是与国外技术发展相比仍存在着较大的差距，尤其是美国、德国、加拿大、日本等国家已在航空制造领域工业机器人系统方面投入巨大经费，获得了良好效果。目前，航空航天领域工业机器人正朝着多样化方向发展，移动式工业机器人、多臂协同工业机器人、末端伺服工业机器人、灵巧关节工业机器人等将是工业机器人发展的主要产品。同时对于一些新型材料、高精加工、复杂装配等方面的生产，需要不断对工业机器人应用技术提出要求和改进，需要航空航天制造企业和工业机器人研发机构等根据生产要求开展技术研究和突破，进而实现工业机器人技术在航空航天制造领域不断应用与创新。

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