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航空制造推動新概念機器人發(fā)展（下）

2019-05-28 11:56

目前，航空制造商正在越來越多地采用機器人來替代以往由人類和笨重設(shè)備來承擔的單調(diào)工作和復雜任務，絕大部分機器人本質(zhì)上與汽車裝配流水線上的工業(yè)機器人一樣。然而近年來，空客、波音、洛馬等制造商正在研究將新概念機器人引入裝配線，從事更加有挑戰(zhàn)性的工作。未來，航空制造中的工業(yè)機器人將向新構(gòu)型靈巧機器人和自主式協(xié)作機器人等新概念機器人發(fā)展。

二、航空制造逐步應用新概念機器人（續(xù)上篇）

航空制造商正越來越多地利用工業(yè)機器人提升自動化水平，尤其是裝配環(huán)節(jié)的大量需求，讓眾多美歐研究機構(gòu)、機器人廠商、創(chuàng)新技術(shù)公司紛紛加入，與空客、波音、洛馬、BAE系統(tǒng)公司等航空制造巨頭一同開發(fā)各類新構(gòu)型靈巧機器人和自主式協(xié)作機器人，并且眾多成果已經(jīng)通過技術(shù)驗證或生產(chǎn)驗證，即將或已經(jīng)用于先進航空產(chǎn)品的制造中。

3．固定位置協(xié)作機器人

一是執(zhí)行簡單協(xié)作任務的雙機器人系統(tǒng)，兩臺機器人在固定位置或在軌道上有限移動，共同完成夾持、定位、鉆孔等任務�？湛虯340機身D－Nose鉆孔采用了基于尼康測量公司自適應機器人控制概念的定位系統(tǒng)，在光學坐標測量機的控制下，兩臺機器人合力將工件搬運至精確的鉆孔位置。美國空軍研究實驗室組織聯(lián)合開發(fā)了F－35戰(zhàn)斗機進氣道機器人鉆孔單元并于2010年投入使用，一臺帶有視景導引功能的機器人執(zhí)行鉆孔任務，另一臺加裝激光跟蹤系統(tǒng)的機器人測量鉆頭位置幫助鉆孔機器人定位，使鉆孔定位精度達到14μm。2017年，AMRC聯(lián)合庫卡公司開發(fā)的锪孔單元應用于F－35制造，一臺集成了非接觸測量功能的锪孔機器人對預制孔進行精確定位，另一臺機器人則代替昂貴的夾具支撐組件并利用增強現(xiàn)實進行輔助裝夾，加工效率可提升10倍。此外，薩伯公司牽頭、空客、龐巴迪、阿萊尼亞、達索航空等企業(yè)聯(lián)合于2012年啟動的歐盟框架計劃“復合材料和混合結(jié)構(gòu)的低成本制造和裝配”（LOCOMACHS）項目，也針對復合材料和金屬疊層結(jié)構(gòu)件鉆孔開發(fā)了創(chuàng)新的解決方案，一臺機器人監(jiān)測鉆孔操作或在鉆孔點增加系統(tǒng)局部剛度，同時結(jié)構(gòu)件另一邊的機器人執(zhí)行鉆孔操作，該方案可降低疊層鉆孔成本達50％。

F－35進氣道雙機器人裝配單元（美國諾格公司圖片）

壁板雙機器人裝配單元（英國BAE系統(tǒng)公司圖片）

二是執(zhí)行復雜協(xié)作的多機器人系統(tǒng)，集成在固定位置或空間多軌道上的多臺機器人共同完成更多樣的任務，包括與人的協(xié)作。2015年，達索系統(tǒng)公司與美國威奇托州立大學國家航空研究院共同建立了3D體驗中心，在一個長方體空間內(nèi)設(shè)置了由9臺ABB機器人組成的多機器人先進制造協(xié)作示范線，可謂世界之最。其中，4臺機器人安裝在空間兩側(cè)的地面軌道上， 2臺機器人安裝在其中一側(cè)的龍門軌道上，還有3臺在空間外部，可以3D打印短切纖維復合材料，還可以執(zhí)行銑削、掃描操作以及其它多種先進制造技術(shù)，加速生產(chǎn)、減少零件數(shù)量并消除制造浪費。在中心啟動當天，3臺機器人展示了3D打印復合材料無人機機翼的過程，龍門下面的地面機器人夾持機翼，龍門上和另一側(cè)的地面機器人執(zhí)行制造任務；之后還用6臺機器人驗證了機翼翼盒掃描任務，2臺地面機器人200秒就完成了檢測。此外，波音在777X飛機機翼翼梁檢測單元中使用了一字排開的近12臺庫卡機器人，共同夾持部件以使1臺超聲檢測機器人完成自動檢測，同時在另一個單元中使用了近20臺機器人，與工人配合完成手工檢測。

多機器人單元（美國國家航空研究所圖片）

三是執(zhí)行人機協(xié)作的類人機器人，一般采用基于人類手臂設(shè)計的7軸結(jié)構(gòu)，在每段結(jié)構(gòu)內(nèi)都集成了防撞功能和關(guān)節(jié)力矩傳感器，在接觸到人時會自動遠離，具有很高的柔性、精度、靈敏度和安全性。此類機器人首推庫卡公司的智能工業(yè)作業(yè)輔助輕量化機器人（LBR iiwa），它由德國航空航天中心（DLR）機器人與機電一體化研究所于1995年開發(fā)并用于人機協(xié)作研究，之后聯(lián)合庫卡于2004年將其推向市場，并且獲得2016年紅點設(shè)計獎，目前DLR正將其用于A350熱塑性復合材料構(gòu)件的制造研究。歐盟LOCOMACHS項目就在LBR iiwa和安川電機莫托曼機器人基礎(chǔ)上執(zhí)行了“裝配過程中的自動化與人協(xié)作”研究，包括4項任務：人機交互概念，在共享相同裝配任務的人附近放置機器人，基于微軟Kinect視覺系統(tǒng)驗證安全區(qū)域的動態(tài)安排，可移動安全區(qū)域的分配方案。項目開發(fā)了人機交互軸上力／扭矩傳感器、接近傳感器、機器人速度限制參數(shù)、集成激光掃描設(shè)備的反饋功能、集成視覺系統(tǒng)的動態(tài)路徑規(guī)劃功能，這些技術(shù)將在提升自動化水平的同時確保協(xié)作安全性，降低30％的成本。2018年，在AMRC的幫助下，BAE系統(tǒng)公司將開始在“臺風”戰(zhàn)斗機生產(chǎn)中使采用協(xié)作機器人，公司開發(fā)了一個基于LBRiiwa的協(xié)作機器人工作站，能夠識別并避免碰撞操作員，使用無線技術(shù)自動加載最佳的個人配置文件并且自動傳輸定制的提示和指令，通過實際任務來指導同等專業(yè)技能水平的人員。