在航空航天制造領(lǐng)域，工業(yè)機器人不僅要完成典型的點膠、焊接、噴涂、熱處理、搬運、裝配以及檢測等作業(yè)，還要進行鉆孔、鉚接、密封、修整、復(fù)合材料鋪敷、無損探傷等特種作業(yè)任務(wù)。與傳統(tǒng)制造行業(yè)不同，航空航天產(chǎn)品制造具有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能指標精度高、載荷重、環(huán)境潔凈度高以及材料特殊等特點，對工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)、性能、動作流程和可靠性等都提出了更高的要求。此外，航天產(chǎn)品多品種、小批量的生產(chǎn)特點還要求工業(yè)機器人具有良好的作業(yè)柔性和可擴展性，通過快速重構(gòu)可形成適應(yīng)新環(huán)境、新任務(wù)的機器人系統(tǒng)。

　　隨著工業(yè)機器人在航空制造領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸深入，一些不足也開始呈現(xiàn)出來，例如作業(yè)規(guī)劃和干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(yè)柔性和可拓展性考慮不足導(dǎo)致設(shè)備利用率不高等，在航空產(chǎn)品單件小批生產(chǎn)模式下有時無法體現(xiàn)出機器人的優(yōu)勢。

因此，未來航空制造領(lǐng)域的工業(yè)機器人需要更好地適應(yīng)單件、小批生產(chǎn)模式下多變的任務(wù)需求、復(fù)雜的場地環(huán)境，提高定位及運動精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準備時間，提高設(shè)備利用率等，真正發(fā)揮出機器人的優(yōu)勢和特點。下列技術(shù)將成為共性的關(guān)鍵使能技術(shù)。

　　(1)高精度測量定位技術(shù)。工業(yè)機器人的重復(fù)定位精度高而絕對定位精度低，無法滿足飛機數(shù)字化裝配中絕對定位精度要求，因此需要高精度測量裝置引導(dǎo)機器人末端執(zhí)行器實現(xiàn)運動軌跡的伺服控制。目前來看，大范圍測量主要使用激光跟蹤儀和iGPS等，局部測量中單目視覺、雙目視覺、手眼視覺、激光測距傳感器等各有所長，在某些特殊場合下，聲覺、力覺傳感器也有用武之地。可以預(yù)見的是，多傳感器信息融合技術(shù)必將得到進一步發(fā)展。

　　(2)末端精度補償技術(shù)。機器人末端精度受運動學(xué)插補、機器人負載、剛度、機械間隙、刀具磨損、熱效應(yīng)等多種因素的影響，因此除了采用高精度的測量儀器外，建立定位誤差模型和補償算法也是提高定位精度的重要手段。為此，需要對機器人的關(guān)節(jié)剛度、位置誤差、溫度引起的變形等進行參數(shù)辨識，獲得誤差模型或誤差矩陣，進而通過精度補償算法對末端執(zhí)行器的定位提供伺服修正。

　　(3)智能規(guī)劃技術(shù)。機器人是自動化的載體，無論是鉆孔、噴涂、焊接、切割、裝配還是涂膠、點膠，最終都依靠機器人末端嚴格按照預(yù)定軌跡運動完成作業(yè)，因此軌跡規(guī)劃的結(jié)果直接影響機器人的工作效能和效率，而軌跡規(guī)劃的效率和自動化程度則直接影響生產(chǎn)準備時間。在對工藝深入了解的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、機器人軌跡優(yōu)化、自動干涉校驗、工藝參數(shù)與過程優(yōu)化是一個重要的研究方向。

　　為了提高機器人的智能化程度，諸如專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進化計算、群計算、機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法將被大量引入，而圖像識別、語音識別、語音合成、自然語言理解等技術(shù)也會被廣泛應(yīng)用于增加、改良人機交互方式。此外，云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，資源共享、知識共享、數(shù)據(jù)挖掘等理念為提高機器人的分析、決策和協(xié)作能力提供了新的思路。

　　(4)機器人控制技術(shù)。由于工業(yè)機器人是一個非線性、多變量的控制對象，結(jié)合位置、力矩、力、視覺等信息反饋，柔順控制、力位混合控制、視覺伺服控制等方法得到了大量應(yīng)用和研究，面對高速度、高精度、重載荷的作業(yè)需求，機器人的控制方法仍將是研究重點。

　　(5)機器人本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。由于航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人有時無法滿足需求，隨著機器人技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的逐漸深入，對專用、特種、非標機器人的需求越來越多，這意味著需要針對具體任務(wù)進行本體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，擴大機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　(6)可重構(gòu)柔性加工單元技術(shù)。在飛機的制造和裝配中，工裝型架數(shù)量多、尺寸大、種類多，是一筆很大的開銷。未來的工裝將采用模塊化設(shè)計，通過移動各種動態(tài)模塊改變工裝格局，適應(yīng)不同尺寸和類型的產(chǎn)品。空客公司正在研制的“無型架數(shù)字化裝配技術(shù)中心”就是該理念的產(chǎn)物，該中心是一個軟、硬件相結(jié)合的裝配工作站，融合了一體化數(shù)字工裝和各項裝配、調(diào)整、檢測技術(shù)，可大大提高飛機裝配效率。

　　(7)數(shù)字化制造體系支持技術(shù)。在以基于模型定義(Model based DefiNItion，MBD)為核心的數(shù)字化工藝設(shè)計和產(chǎn)品制造模式下，由三維設(shè)計數(shù)模分別派生出的三維工藝數(shù)模、工裝數(shù)模和檢驗數(shù)模成為機器人作業(yè)規(guī)劃和離線編程的依據(jù)，因此基于三維數(shù)模的作業(yè)規(guī)劃、基于輕量化模型的裝配過程可視化、基于MBD的數(shù)字化檢測和基于MBD的集成數(shù)據(jù)管理功能不可或缺。此外，未來的機器人離線編程和控制系統(tǒng)需要更加開放，包括支持標準三維數(shù)據(jù)格式、提供標準化的數(shù)據(jù)訪問接口、與制造信息化系統(tǒng)互聯(lián)等。

　　我國航空制造業(yè)正處于高速發(fā)展階段，新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)和高質(zhì)量、低成本、柔性化制造的需求使得企業(yè)迫切需要技術(shù)和設(shè)備升級改造，因此非常期待工業(yè)機器人技術(shù)的進一步發(fā)展，同時機器人技術(shù)與基礎(chǔ)理論研究的進步也為工業(yè)機器人在航空制造業(yè)得到青睞提供了機遇。可以預(yù)見的是，在我國大力發(fā)展航空技術(shù)的時代背景下，工業(yè)機器人必將在航空制造領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
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