工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域的應用

呂志勝,郭永濤（江蘇省交通技師學院,江蘇　鎮(zhèn)江　212006）

工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域的應用

呂志勝,郭永濤
（江蘇省交通技師學院,江蘇鎮(zhèn)江212006）

摘要：本文簡述了工業(yè)機器人的基本定義，介紹了工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域方面的幾種應用以及工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域今后發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；航空航天；應用；發(fā)展趨勢

1　引言

自英國工業(yè)革命以來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，機械已經(jīng)慢慢取代人力勞動。工業(yè)機器人的出現(xiàn)，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，提高生產(chǎn)效率，減少了工傷事故的發(fā)生。近年來，隨著機電一體化設備的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人因具有一致性和可靠性好，精確度高等特點被廣泛應用在機械、汽車、化工以及航空航天制造領(lǐng)域。

目前，航空航天領(lǐng)域制造仍是勞動密集型，且它對產(chǎn)品的工藝和精度要求也較嚴格，生產(chǎn)能力也不足。為此，航空航天領(lǐng)域制造企業(yè)通過工業(yè)機器人來實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，企業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級和裝備先進制造能力提升具有重要意義。

2　工業(yè)機器人定義

工業(yè)機器人是一種自動的、位置可控的、具備編程能力的多功能操作機，它一般具有幾個關(guān)節(jié)軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務。工業(yè)機器人由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)單個基本部分組成。機械系統(tǒng)即執(zhí)行機構(gòu)，包括基座、臂部和腕部，一般有3至6個運動自由度。驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動機械的驅(qū)動裝置，使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應的動作。控制系統(tǒng)根據(jù)機器人作業(yè)的指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機器人執(zhí)行機構(gòu)，使其完成規(guī)定的運動和功能。

3　工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域的應用

目前，工業(yè)機器人的已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)，機械加工行業(yè)，食品行業(yè)、木材與家具等多個行業(yè)，近年來，在航空航天領(lǐng)域工業(yè)機器人也廣泛使用，主要是用于機械加工制造，通過它可以完成航空航天產(chǎn)品的焊接、噴涂、熱處理、裝配等作業(yè)。由于航空航天產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造具有結(jié)構(gòu)復雜、尺寸大、性能指標精度高、環(huán)境潔凈度高、載荷重等特點，因此，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。

（1）噴涂，它是一種用專用設備把某種固體材料熔化并加速噴射到機件表面上形成一特制薄膜層，以提高幾件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能的表面技術(shù)。飛機表面的涂層質(zhì)量對飛機至關(guān)重要，主要是體現(xiàn)在涂層厚度、表面粗糙度、厚度公差、氣孔率對于人工噴涂較困難。而采用機器人技術(shù)則可以較好解決這些問題。工業(yè)機器人噴涂可以解決涂覆的一致性，用同一設備即可完成整個工件，避免了人工多個區(qū)域操作的差別，另外它可以有效地消除了涂覆后的再打磨和涂層中的氣孔，涂層表面公差更均勻，減少了材料的浪費，降低了處理廢料的成本，保護了操作者免受噴涂材料粉塵的污染。

（2）焊接，它是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使連接件達到原子結(jié)合的加工方法。焊接機器人是從事焊接的工業(yè)機器人，它是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機，具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。在航空航天制造領(lǐng)域，焊接應用越來越多，它用于鋁合金及其航空航天材料的點焊、弧焊、激光焊和攪拌摩擦焊。工業(yè)機器人焊接可以很大幅度提高焊接過程中的速度和質(zhì)量，同時能降低焊接成本和復雜曲面焊接難度，實現(xiàn)焊接過程自動化。工業(yè)機器人焊接在于離線編程和虛擬仿真技術(shù)，它可以優(yōu)化焊接路徑提高效率。

（3）熱處理，它是通過加熱、保溫、冷卻來改變金屬及其合金表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以達到控制性能的工藝方法。由于航空航天領(lǐng)域材料具有高度的性能，往往要具有耐高溫、輕質(zhì)量、高強度等特點，所以原始加工的材料必須經(jīng)過熱處理提高其性能。工業(yè)機器人熱處理可以實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)過程的自動化，保證熱處理工藝產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。在熱處理中的應用，促使熱處理工業(yè)機器人設備向高效、低成本、柔性化和智能化的方向發(fā)展。此外，熱處理工業(yè)機器人可以有效地改善工人的勞動條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。

（4）裝配，它是將生產(chǎn)的零部件按照規(guī)定的圖紙技術(shù)組裝起來，經(jīng)過調(diào)試、檢驗使之成為最終使用產(chǎn)品的過程。航空航天的裝配包括部裝和總裝兩個環(huán)節(jié)，部裝主要完成艙體口蓋的修配、托板螺母及支架鉚接、鉆孔等，總裝主要完成成件的安裝以及總裝測試。工業(yè)機器人的應用，可以提高航天裝備裝配效率，縮短航天裝備生產(chǎn)周期，保證裝備配質(zhì)量一致性，對多機器人協(xié)作、機器人手眼視覺、機器人自動導航等，為航天裝備柔性化只能生產(chǎn)車間建設打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

4　工業(yè)機器人在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

當前，航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品制造仍然處在一個勞動密集、工序繁復、環(huán)境惡劣等階段。生產(chǎn)的產(chǎn)品精度和生產(chǎn)能力的不足，極大阻礙著航空航天制造領(lǐng)域的發(fā)展。工業(yè)機器人因其生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的一致性好、可靠性高和適用性強等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用汽車、機械加工行業(yè)、物流、航空航天制造領(lǐng)域等多個行業(yè)，并且日趨成熟。它不僅有效的提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約了人工勞動力以及生產(chǎn)制造的成本，而是更加增強了航空航天領(lǐng)域企業(yè)的生產(chǎn)柔性和競爭力。由于航空航天領(lǐng)域科技的飛速發(fā)展，帶來了航空航天制造企業(yè)的不斷增多，進而應用工業(yè)機器人的情況越來越多，技術(shù)發(fā)展也越來越高。

我國工業(yè)機器人技術(shù)及產(chǎn)品不斷在航空部件裝配、航天產(chǎn)品生產(chǎn)線以及衛(wèi)星系列產(chǎn)品生產(chǎn)研制中逐漸得到了廣泛應用和推廣，但是與國外技術(shù)發(fā)展相比仍存在著較大的差距，尤其是美國、德國、加拿大、日本等國家已在航空制造領(lǐng)域工業(yè)機器人系統(tǒng)方面投入巨大經(jīng)費，獲得了良好效果。目前，航空航天領(lǐng)域工業(yè)機器人正朝著多樣化方向發(fā)展，移動式工業(yè)機器人、多臂協(xié)同工業(yè)機器人、末端伺服工業(yè)機器人、靈巧關(guān)節(jié)工業(yè)機器人等將是工業(yè)機器人發(fā)展的主要產(chǎn)品。同時對于一些新型材料、高精加工、復雜裝配等方面的生產(chǎn)，需要不斷對工業(yè)機器人應用技術(shù)提出要求和改進，需要航空航天制造企業(yè)和工業(yè)機器人研發(fā)機構(gòu)等根據(jù)生產(chǎn)要求開展技術(shù)研究和突破，進而實現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)在航空航天制造領(lǐng)域不斷應用與創(chuàng)新。

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