隨著工業(yè)機(jī)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(biāo)定和離線編程等生產(chǎn)準(zhǔn)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(jī)器人的優(yōu)勢。
 

　　因此，未來航空制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)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(yùn)動精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，提高設(shè)備利用率等，真正發(fā)揮出機(jī)器人的優(yōu)勢和特點(diǎn)。下列技術(shù)將成為共性的關(guān)鍵使能技術(shù)。
 

航空制造領(lǐng)域?qū)I(yè)機(jī)器人有哪些要求？ 

高精度測量定位技術(shù)

　　工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)運(yùn)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?？梢灶A(yù)見的是，多傳感器信息融合技術(shù)必將得到進(jìn)一步發(fā)展。
 

末端精度補(bǔ)償技術(shù)

　　機(jī)器人末端精度受運(yùn)動學(xué)插補(bǔ)、機(jī)器人負(fù)載、剛度、機(jī)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(bǔ)償算法也是提高定位精度的重要手段。為此，需要對機(jī)器人的關(guān)節(jié)剛度、位置誤差、溫度引起的變形等進(jìn)行參數(shù)辨識，獲得誤差模型或誤差矩陣，進(jìn)而通過精度補(bǔ)償算法對末端執(zhí)行器的定位提供伺服修正。
 

智能規(guī)劃技術(shù)

　　機(jī)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(diǎn)膠，最終都依靠機(jī)器人末端嚴(yán)格按照預(yù)定軌跡運(yùn)動完成作業(yè)，因此軌跡規(guī)劃的結(jié)果直接影響機(jī)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(zhǔn)備時間。在對工藝深入了解的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、機(jī)器人軌跡優(yōu)化、自動干涉校驗(yàn)、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(jī)器人的智能化程度，諸如專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化計算、群計算、機(jī)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(jī)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(jī)器人的分析、決策和協(xié)作能力提供了新的思路。

 

機(jī)器人控制技術(shù)

　　由于工業(yè)機(jī)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(jī)器人的控制方法仍將是研究重點(diǎn)。

 

機(jī)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(jī)器人有時無法滿足需求，隨著機(jī)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(biāo)機(jī)器人的需求越來越多，這意味著需要針對具體任務(wù)進(jìn)行本體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

可重構(gòu)柔性加工單元技術(shù)

　　在飛機(jī)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?？湛凸菊谘兄频?ldquo;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(xiàng)裝配、調(diào)整、檢測技術(shù)，可大大提高飛機(jī)裝配效率。

 

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(yàn)數(shù)模成為機(jī)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(jī)器人離線編程和控制系統(tǒng)需要更加開放，包括支持標(biāo)準(zhǔn)三維數(shù)據(jù)格式、提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)訪問接口、與制造信息化系統(tǒng)互聯(lián)等。

　　伴隨著這些關(guān)鍵技術(shù)的突破和進(jìn)步，未來的航空制造機(jī)器人將向智能化、柔性化、靈巧化、協(xié)作化的方向發(fā)展，以適應(yīng)航空制造業(yè)日新月異的發(fā)展和不斷涌現(xiàn)的新需求：

1、智能化。
　　現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人需要通過人工示教或離線編程才能執(zhí)行作業(yè)。提高定位標(biāo)定、作業(yè)規(guī)劃和碰撞檢測的智能程度，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，是未來工業(yè)機(jī)器人的一個重要發(fā)展方向，人們甚至希望未來的機(jī)器人能夠?qū)ψ陨淼男袨檫M(jìn)行實(shí)時規(guī)劃和控制，獨(dú)立自主地完成工作，而不是僅僅局限于動作重復(fù)。

2、柔性化。
　　傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人追求速度和精度，其重量大、體積大、功耗大、剛性大，但在某些特殊場合下，具有關(guān)節(jié)力反饋能力和關(guān)節(jié)柔性的輕質(zhì)機(jī)器人因其自重小、低功耗、較高負(fù)載／ 自重比和具備柔順控制能力等特點(diǎn)更具優(yōu)勢。

3、靈巧化。
　　航空制造經(jīng)常需要在復(fù)雜、隱蔽的產(chǎn)品空間內(nèi)部進(jìn)行作業(yè)，比如飛機(jī)壁板內(nèi)部的監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)件緊固及密封，以及進(jìn)氣道的測量、安裝、噴涂、檢驗(yàn)等，關(guān)節(jié)式冗余自由度機(jī)器人因其工作空間大、靈活性高等特點(diǎn)而呈現(xiàn)出良好前景。

　　在行走機(jī)構(gòu)方面，工業(yè)機(jī)器人大多采用軌道結(jié)構(gòu)，占用工作空間和地面大，廠房投入和維護(hù)成本高。在輪式或履帶式移動平臺上安裝工業(yè)機(jī)器人，從而達(dá)到圍繞零件移動制造的目的不失為一種更經(jīng)濟(jì)的辦法。利用真空吸附裝置等實(shí)現(xiàn)工件表面攀附的爬行機(jī)器人也值得關(guān)注。

4、協(xié)作化。
　　雙臂或多臂機(jī)器人越來越受到國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)的高度重視，ABB、KUKA、YASKAWA等國際知名機(jī)器人制造商紛紛開展了相關(guān)產(chǎn)品的研制，目前已經(jīng)有利用雙臂協(xié)調(diào)機(jī)器人進(jìn)行航空復(fù)合材料自動鋪放的報道。

　　另外，盡管機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展日新月異，但畢竟不可能完全取代人，將機(jī)器人集成到生產(chǎn)中，使機(jī)器人與人并肩工作，消除人機(jī)之間的防護(hù)隔離，將人從簡單枯燥的工作中解放出來，進(jìn)而從事更有附加值的工作，一直是人們心目中最理想和最具吸引力的航空制造模式。2012 年底，德國、奧地利、西班牙等國家在歐盟第七框架計劃“未來工廠”項(xiàng)目的資助下聯(lián)合發(fā)起VALERI 計劃，其目的就是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人先進(jìn)識別和人機(jī)協(xié)同操作?？湛鸵苍谄滹w機(jī)組裝的未來探索（FUTURASSY）項(xiàng)目中做出了大膽嘗試，將日本川田工業(yè)株式會社研制的人型雙臂機(jī)器人應(yīng)用于A380方向舵組裝工作站，與普通人類員工一起進(jìn)行鉚接工作。

 

結(jié)束語

　　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(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，同時機(jī)器人技術(shù)與基礎(chǔ)理論研究的進(jìn)步也為工業(yè)機(jī)器人在航空制造業(yè)得到青睞提供了機(jī)遇?？梢灶A(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(jī)器人必將在航空制造領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

 

　　廣州速威智能系統(tǒng)科技有限公司是國內(nèi)工業(yè)4.0智能工廠整體解決方案的領(lǐng)航者，強(qiáng)者結(jié)盟，勢必推動中國一流的智能制造產(chǎn)業(yè)，打造中國市場頂級的智能工廠解決方案(工業(yè)4.0)，同時為共建中國智能制造平臺Cloud MES，以及我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展發(fā)光發(fā)熱。2017年2月21日，廣州速威智能系統(tǒng)科技有限公司與江西航天云網(wǎng)科技有限公司簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，標(biāo)志了速威智能在打造中國市場智能工廠解決方案上又上了新的里程碑。速威智能相信在未來航空制造領(lǐng)域?yàn)閲易龀鲐暙I(xiàn)。