在航空航天制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人不僅要完成典型的點(diǎn)膠、焊接、噴涂、熱處理、搬運(yùn)、裝配以及檢測(cè)等作業(yè)，還要進(jìn)行鉆孔、鉚接、密封、修整、復(fù)合材料鋪敷、無(wú)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(biāo)精度高、載荷重、環(huán)境潔凈度高以及材料特殊等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、性能、動(dòng)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(diǎn)還要求工業(yè)機(jī)器人具有良好的作業(yè)柔性和可擴(kuò)展性，通過(guò)快速重構(gòu)可形成適應(yīng)新環(huán)境、新任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)。

　　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(kāi)始呈現(xiàn)出來(lái)，例如作業(yè)規(guī)劃和干涉碰撞檢測(cè)的自動(dòng)化程度低、定位標(biāo)定和離線編程等生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)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(shí)無(wú)法體現(xiàn)出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。

因此，未來(lái)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(chǎng)地環(huán)境，提高定位及運(yùn)動(dòng)精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高設(shè)備利用率等，真正發(fā)揮出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。下列技術(shù)將成為共性的關(guān)鍵使能技術(shù)。

　　(1)高精度測(cè)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(duì)定位精度低，無(wú)法滿(mǎn)足飛機(jī)數(shù)字化裝配中絕對(duì)定位精度要求，因此需要高精度測(cè)量裝置引導(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的伺服控制。目前來(lái)看，大范圍測(cè)量主要使用激光跟蹤儀和iGPS等，局部測(cè)量中單目視覺(jué)、雙目視覺(jué)、手眼視覺(jué)、激光測(cè)距傳感器等各有所長(zhǎng)，在某些特殊場(chǎng)合下，聲覺(jué)、力覺(jué)傳感器也有用武之地。可以預(yù)見(jiàn)的是，多傳感器信息融合技術(shù)必將得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　(2)末端精度補(bǔ)償技術(shù)。機(jī)器人末端精度受運(yùn)動(dòng)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(cè)量?jī)x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(duì)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(shí)，獲得誤差模型或誤差矩陣，進(jìn)而通過(guò)精度補(bǔ)償算法對(duì)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(jī)器人是自動(dòng)化的載體，無(wú)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(dòng)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(dòng)化程度則直接影響生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在對(duì)工藝深入了解的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、機(jī)器人軌跡優(yōu)化、自動(dòng)干涉校驗(yàn)、工藝參數(shù)與過(guò)程優(yōu)化是一個(gè)重要的研究方向。

　　為了提高機(jī)器人的智能化程度，諸如專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化計(jì)算、群計(jì)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(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、自然語(yǔ)言理解等技術(shù)也會(huì)被廣泛應(yīng)用于增加、改良人機(jī)交互方式。此外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，資源共享、知識(shí)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。

　　(4)機(jī)器人控制技術(shù)。由于工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)非線性、多變量的控制對(duì)象，結(jié)合位置、力矩、力、視覺(jué)等信息反饋，柔順控制、力位混合控制、視覺(jué)伺服控制等方法得到了大量應(yīng)用和研究，面對(duì)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)。

　　(5)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。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(shí)無(wú)法滿(mǎn)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(duì)專(zhuān)用、特種、非標(biāo)機(jī)器人的需求越來(lái)越多，這意味著需要針對(duì)具體任務(wù)進(jìn)行本體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，擴(kuò)大機(jī)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(jī)的制造和裝配中，工裝型架數(shù)量多、尺寸大、種類(lèi)多，是一筆很大的開(kāi)銷(xiāo)。未來(lái)的工裝將采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)移動(dòng)各種動(dòng)態(tài)模塊改變工裝格局，適應(yīng)不同尺寸和類(lèi)型的產(chǎn)品。空客公司正在研制的“無(wú)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(gè)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(cè)技術(shù)，可大大提高飛機(jī)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(jì)和產(chǎn)品制造模式下，由三維設(shè)計(jì)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(guò)程可視化、基于MBD的數(shù)字化檢測(cè)和基于MBD的集成數(shù)據(jù)管理功能不可或缺。此外，未來(lái)的機(jī)器人離線編程和控制系統(tǒng)需要更加開(kāi)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(wèn)接口、與制造信息化系統(tǒng)互聯(lián)等。

　　我國(guó)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(jí)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(shí)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。可以預(yù)見(jiàn)的是，在我國(guó)大力發(fā)展航空技術(shù)的時(shí)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。
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