工業機器人在航空航天領域的應用

呂志勝　郭永濤

摘 要：本文簡述了工業機器人的基本定義，介紹了工業機器人在航空航天領域方面的幾種應用以及工業機器人在航空航天領域今后發展趨勢。

關鍵詞：工業機器人；航空航天；應用；發展趨勢

1 引言

自英國工業革命以來，隨著生產力的發展，機械已經慢慢取代人力勞動。工業機器人的出現，實現了生產的自動化，提高生產效率，減少了工傷事故的發生。近年來，隨著機電一體化設備的不斷發展，工業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域。

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

2 工業機器人定義

工業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，它一般具有幾個關節軸，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，以執行各種任務。工業機器人由機械系統、驅動系統和控制系統單個基本部分組成。機械系統即執行機構，包括基座、臂部和腕部，一般有3至6個運動自由度。驅動系統是驅動機械的驅動裝置，使執行機構產生相應的動作。控制系統根據機器人作業的指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機器人執行機構，使其完成規定的運動和功能。

3 工業機器人在航空航天領域的應用

目前，工業機器人的已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業，機械加工行業，食品行業、木材與家具等多個行業，近年來，在航空航天領域工業機器人也廣泛使用，主要是用于機械加工制造，通過它可以完成航空航天產品的焊接、 噴涂、 熱處理、裝配等作業。由于航空航天產品的生產和制造具有結構復雜、尺寸大、性能指標精度高、環境潔凈度高、載荷重等特點，因此，對工業機器人的結構、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。飛機表面的涂層質量對飛機至關重要，主要是體現在涂層厚度、表面粗糙度、厚度公差、氣孔率對于人工噴涂較困難。而采用機器人技術則可以較好解決這些問題。工業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合的加工方法。焊接機器人是從事焊接的工業機器人，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，用于工業自動化領域。在航空航天制造領域，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。工業機器人焊接可以很大幅度提高焊接過程中的速度和質量，同時能降低焊接成本和復雜曲面焊接難度，實現焊接過程自動化。工業機器人焊接在于離線編程和虛擬仿真技術，它可以優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部組織結構，以達到控制性能的工藝方法。由于航空航天領域材料具有高度的性能，往往要具有耐高溫、輕質量、高強度等特點，所以原始加工的材料必須經過熱處理提高其性能。工業機器人熱處理可以實現熱處理生產過程的自動化，保證熱處理工藝產品的一致性和穩定性。在熱處理中的應用，促使熱處理工業機器人設備向高效、低成本、柔性化和智能化的方向發展。此外，熱處理工業機器人可以有效地改善工人的勞動條件，提高產品質量和勞動生產率。

（4）裝配，它是將生產的零部件按照規定的圖紙技術組裝起來，經過調試、檢驗使之成為最終使用產品的過程。 航空航天的裝配包括部裝和總裝兩個環節，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，縮短航天裝備生產周期，保證裝備配質量一致性，對多機器人協作、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車間建設打下了技術基礎。

4 工業機器人在航空航天領域的發展趨勢

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

我國工業機器人技術及產品不斷在航空部件裝配、航天產品生產線以及衛星系列產品生產研制中逐漸得到了廣泛應用和推廣，但是與國外技術發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域工業機器人系統方面投入巨大經費，獲得了良好效果。目前，航空航天領域工業機器人正朝著多樣化方向發展，移動式工業機器人、多臂協同工業機器人、末端伺服工業機器人、靈巧關節工業機器人等將是工業機器人發展的主要產品。同時對于一些新型材料、高精加工、復雜裝配等方面的生產，需要不斷對工業機器人應用技術提出要求和改進，需要航空航天制造企業和工業機器人研發機構等根據生產要求開展技術研究和突破，進而實現工業機器人技術在航空航天制造領域不斷應用與創新。

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