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航空制造机器人发展趋势
来源:航空制造技术 2015-08-14 17:16:28
本文阅读次数:5483
文章关键词:
航空
机器人
发展趋势
原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=12&news_id=1951
导读: 随着工业
机器人
在
航空
制造领域应用的逐渐深入,一些不足也开始呈现出来,例如作业规划和干涉碰撞检测的自动化程度低、定位标定和离线编程等生产准备时间长、对作业柔性和可拓展性考虑不足导致设备利用率不高等,在
航空
产品单件小批生产模式下有时无法体现出
机器人
的优势。
随着工业
机器人
在
航空
制造领域应用的逐渐深入,一些不足也开始呈现出来,例如作业规划和干涉碰撞检测的自动化程度低、定位标定和离线编程等生产准备时间长、对作业柔性和可拓展性考虑不足导致设备利用率不高等,在
航空
产品单件小批生产模式下有时无法体现出
机器人
的优势。
因此,未来
航空
制造领域的工业
机器人
需要更好地适应单件、小批生产模式下多变的任务需求、复杂的场地环境,提高定位及运动精度,缩短离线编程和生产准备时间,提高设备利用率等,真正发挥出
机器人
的优势和特点。下列技术将成为共性的关键使能技术。
(1)高精度测量定位技术。工业
机器人
的重复定位精度高而绝对定位精度低,无法满足飞机数字化装配中绝对定位精度要求,因此需要高精度测量装置引导
机器人
末端执行器实现运动轨迹的伺服控制。目前来看,大范围测量主要使用激光跟踪仪和iGPS等,局部测量中单目视觉、双目视觉、手眼视觉、激光测距传感器等各有所长,在某些特殊场合下,声觉、力觉传感器也有用武之地。可以预见的是,多传感器信息融合技术必将得到进一步发展。
(2)末端精度补偿技术。
机器人
末端精度受运动学插补、
机器人
负载、刚度、机械间隙、刀具磨损、热效应等多种因素的影响,因此除了采用高精度的测量仪器外,建立定位误差模型和补偿算法也是提高定位精度的重要手段。为此,需要对
机器人
的关节刚度、位置误差、温度引起的变形等进行参数辨识,获得误差模型或误差矩阵,进而通过精度补偿算法对末端执行器的定位提供伺服修正。
(3)智能规划技术。
机器人
是自动化的载体,无论是钻孔、喷涂、焊接、切割、装配还是涂胶、点胶,最终都依靠
机器人
末端严格按照预定轨迹运动完成作业,因此轨迹规划的结果直接影响
机器人
的工作效能和效率,而轨迹规划的效率和自动化程度则直接影响生产准备时间。在对工艺深入了解的基础上,实现自动路径规划、
机器人
轨迹优化、自动干涉校验、工艺参数与过程优化是一个重要的研究方向。
为了提高
机器人
的智能化程度,诸如专家系统、模糊系统、进化计算、群计算、机器学习、神经网络等人工智能方法将被大量引入,而图像识别、语音识别、语音合成、自然语言理解等技术也会被广泛应用于增加、改良人机交互方式。此外,云计算、大数据等技术的快速发展,资源共享、知识共享、数据挖掘等理念为提高
机器人
的分析、决策和协作能力提供了新的思路。
(4)
机器人
控制技术。由于工业
机器人
是一个非线性、多变量的控制对象,结合位置、力矩、力、视觉等信息反馈,柔顺控制、力位混合控制、视觉伺服控制等方法得到了大量应用和研究,面对高速度、高精度、重载荷的作业需求,
机器人
的控制方法仍将是研究重点。
(5)
机器人
本体结构创新设计。由于
航空
产品结构的特殊性,传统的工业
机器人
有时无法满足需求,随着
机器人
技术在
航空
制造领域的逐渐深入,对专用、特种、非标
机器人
的需求越来越多,这意味着需要针对具体任务进行本体结构的创新设计,扩大
机器人
的应用领域。
(6)可重构柔性加工单元技术。在飞机的制造和装配中,工装型架数量多、尺寸大、种类多,是一笔很大的开销。未来的工装将采用模块化设计,通过移动各种动态模块改变工装格局,适应不同尺寸和类型的产品。空客公司正在研制的“无型架数字化装配技术中心”就是该理念的产物,该中心是一个软、硬件相结合的装配工作站,融合了一体化数字工装和各项装配、调整、检测技术,可大大提高飞机装配效率。
(7)数字化制造体系支持技术。在以基于模型定义(ModelBasedDefinition,MBD)为核心的数字化工艺设计和产品制造模式下,由三维设计数模分别派生出的三维工艺数模、工装数模和检验数模成为
机器人
作业规划和离线编程的依据,因此基于三维数模的作业规划、基于轻量化模型的装配过程可视化、基于MBD的数字化检测和基于MBD的集成数据管理功能不可或缺。此外,未来的
机器人
离线编程和控制系统需要更加开放,包括支持标准三维数据格式、提供标准化的数据访问接口、与制造信息化系统互联等。
伴随着这些关键技术的突破和进步,未来的
航空
制造
机器人
将向智能化、柔性化、灵巧化、协作化的方向发展,以适应
航空
制造业日新月异的发展和不断涌现的新需求:
(1)智能化。现有工业
机器人
需要通过人工示教或离线编程才能执行作业。提高定位标定、作业规划和碰撞检测的智能程度,以缩短生产准备时间,是未来工业
机器人
的一个重要发展方向,人们甚至希望未来的
机器人
能够对自身的行为进行实时规划和控制,独立自主地完成工作,而不是仅仅局限于动作重复。
(2)柔性化。传统工业
机器人
追求速度和精度,其重量大、体积大、功耗大、刚性大,但在某些特殊场合下,具有关节力反馈能力和关节柔性的轻质
机器人
因其自重小、低功耗、较高负载/自重比和具备柔顺控制能力等特点更具优势。
(3)灵巧化。
航空
制造经常需要在复杂、隐蔽的产品空间内部进行作业,比如飞机壁板内部的监测、标准件紧固及密封,以及进气道的测量、安装、喷涂、检验等,关节式冗余自由度
机器人
因其工作空间大、灵活性高等特点而呈现出良好前景。
高度灵活的SnakeArm
机器人
在行走机构方面,工业
机器人
大多采用轨道结构,占用工作空间和地面大,厂房投入和维护成本高。在轮式或履带式移动平台上安装工业
机器人
,从而达到围绕零件移动制造的目的不失为一种更经济的办法。利用真空吸附装置等实现工件表面攀附的爬行
机器人
也值得关注。
(4)协作化。双臂或多臂
机器人
越来越受到国内外众多科研机构的高度重视,ABB、KUKA、YASKAWA等国际知名
机器人
制造商纷纷开展了相关产品的研制,目前已经有利用双臂协调
机器人
进行
航空
复合材料自动铺放的报道。
另外,尽管
机器人
技术的发展日新月异,但毕竟不可能完全取代人,将
机器人
集成到生产中,使
机器人
与人并肩工作,消除人机之间的防护隔离,将人从简单枯燥的工作中解放出来,进而从事更有附加值的工作,一直是人们心目中最理想和最具吸引力的
航空
制造模式。2012年底,德国、奥地利、西班牙等国家在欧盟第七框架计划“未来工厂”项目的资助下联合发起VALERI计划,其目的就是实现
机器人
先进识别和人机协同操作。空客也在其飞机组装的未来探索(FUTURASSY)项目中做出了大胆尝试,将日本川田工业株式会社研制的人型双臂
机器人
应用于A380方向舵组装工作站,与普通人类员工一起进行铆接工作。
未来人机协作雏形
结束语
我国
航空
制造业正处于高速发展阶段,新材料、新工艺的不断出现和高质量、低成本、柔性化制造的需求使得企业迫切需要技术和设备升级改造,因此非常期待工业
机器人
技术的进一步发展,同时
机器人
技术与基础理论研究的进步也为工业
机器人
在
航空
制造业得到青睐提供了机遇。可以预见的是,在我国大力发展
航空
技术的时代背景下,工业
机器人
必将在
航空
制造领域发挥更大的作用。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=12&news_id=1951
文章关键词:
航空
机器人
发展趋势
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