机器人技术在航空工业中的应用

2021-11-24任宇航

商品与质量 2021年24期

任宇航

中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089

1 机器人技术在航空制造业中面临的挑战

新型材料的使用、柔性化制造的需求使得航空制造业非常期待机器人技术的融入，同时机器人位置精度的提高、负载能力的增强、实时仿真技术的高速发展也为机器人技术在航空制造业得到青睐提供了机遇。但就目前来说和汽车及家电制造业一样，机器人技术要在航空制造业中也是休斯公司、道格拉斯等飞机制造公司对机器人的使用采取谨慎态度的原因之一。①传统制造工艺面临挑战。我国航空工业主要是通过仿制国外先进产品发展起来的，未能及时开发与更新制造技术。原有的工装及部分加工工艺已成为机器人技术应用于飞机制造的绊脚石。②系统集成技术亟待提高。目前工业机器人及精密测量技术已相对成熟，但由于航空工业的特殊性，不同的加工工件及不同加工材料对机器人末端执行器的结构形式及性能要求千变万化，周边设备的布置方式也不尽相同，因此机器人，末端执行器、测试标定单元、周边设备等子系统的集成融合难度较大，类似于流水线式的生产方式难以形成。况且，目前用于航空制造业的机器人技术集成商还没有，研制开发单位多集中于高校及科研院所得到广泛应用，还面临很多挑战[1]。

2 机器人技术在航空工业中的应用

（1）智能化柔性制作系统。相对来说，航天器的制造具有一定的复杂性，而且对其制作质量的要求比较高。尤其在实际制造中，对柔性制造更加关注和重视。通常情况下，需要进行柔性制造的部件比较多。例如，飞机的尾翼、垂翼都是复杂曲面的，而且直接关系着飞机飞行的速度与安全性，所以其柔性制造质量必须要符合相关标准。这就需要充分发挥机器人技术的作用，进而实现航天器柔性制造。要将移动机器人合理的融入智能化柔性制造系统中，而且在该系统中，导航、控制等系统主要发挥着辅助性作用，而机器人则是主要的执行者，是完成柔性制造的关键性力量。其中，机器人在执行具体工作时，需要通过调度系统来给其分配工作任务。当机器人进行工作时，也离不开控制系统，该系统会对机器人进行智能控制，提升其工作的质量。而且在多个机器人进行柔性制造时，该系统还可以对多个机器人进行合理控制，使其有序进行各自的任务，既提升了制造效率，又能确保其质量符合相关的标准与要求。为了更好的完成柔性制造，实现不同工艺自动化，还需要建立相应的机器人柔性平台。该平台的建立能够有效实现虚拟测量，不仅能够提升机器人的精准定位度，而且还有利于缩短制品的生产周期，对柔性航空器的制作具有重要的意义。

（2）机器人涂覆系统。机器人涂覆系统的建立主要是为了提升航天器的制造质量，延长其使用寿命。一般来说，由于飞机在飞行过中比较容易出现器件表面结冰的情况。经过长时间的冻化，不仅会影响其外观的美观度，而且还会影响航天器件的使用性能，进而会缩短其使用寿命，这时就需要给这些比较容易结冰的航天器上涂抹结冰涂料。但由于航天器与人们生命安全、经济财产安全息息相关，所以即使是涂覆工作，对其要求也是比较高的。从当前该工作的情况来看，人工涂覆出现了各种问题，使其最终质量难以达到相关标准与要求，这就需要利用机器进行机体表面涂覆工作，因此要建立并完善机器人涂覆系统，与传统的人工涂覆相比，机器人涂覆更能确保涂覆的一致性。由于航天器都是比较庞大的，在进行机体涂覆工作时候，需要很多工作人员划分区域进行涂覆，虽然所使用的涂覆材料是一样，但是由于每个工作人员的技术水平参差不齐，所以很难确保涂覆的一致性。因此，在人工进行涂覆后，还需要进行相应的打磨工作，不仅浪费了大量资金，而且也降低了制造效率。而机器人涂覆有效弥补了这一不足。采用机器人技术，更能确保产品的质量，提升其的精确度。一方面，避免了材料浪费，另一方面，还对其生产成本进行了有效控制，有利于提升航天工业的经济效益与社会效益，进而促进其可持续发展。

（3）多机器人协同作业，提高工作效率。在航天工业生产与制作过程中，会涉及到很多复杂的装备，而且很多零部件都比较大且有一定重量。在传统作业中，主要是凭借机械臂进行搬运。而在现阶段，航天工业得到了进一步发展，其工作任务不仅变得更加复杂，而且涉及的零部件种类也更加多，这就需要通过多机器人协调作业的方式，来满足现代航天工业的发展需求。在这一工作中，所应用的机器人主有两种形式，一种是松耦合机器人，另一种形式是紧耦合。在两种形式机器人的配合下，可以提升作业的效率[2]。

（4）机器人焊接系统。焊接是航天工业生产制造中必不可少的一项工作任务，对飞机整体质量具有重要的影响。在焊接工作中，合理的融入机器人技术不仅能够提高焊接的效率，而且也有利于提升焊接的质量，进而提升飞机的安全性。尤其是在焊接工作中，会出现一些复杂曲面的焊接工作，给相关人员增加了焊接难度，同时也很难达到相关的标准与要求。因此，建立机器人焊接系统是十分必要的，可以实现焊接的自动化，确保其焊接工作顺利进行[3]。