航空維修中機器人技術的應用方法

鄧國智

摘要：機器人在工業領域的廣泛應用，在很大程度為整潔地板式制造環境提供了幫助，即利用機器人技術，可以嚴格管理車間，增加自動化工位，并最大化優化空間利用率，進而提高生產效率與水平，達到最高級安全標準。就航空領域來講，維修供應商利用機器人技術進行檢測、測試、修理時，也必須遵守高級安全標準，才可以進一步滿足飛機安全性與穩定性要求。據此，文章主要對航空維修中機器人技術的應用方法做了詳細分析。

關鍵詞：航空維修;機器人技術;應用方法

中圖分類號：TQ056文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0127-03

長期以來，人們對于機器人一直保持著迷戀與恐慌，但是就企業而言，機器人是實現技術創新，成為高新技術企業的重要基礎。其實，機器人技術在航空領域中的應用進展相對要慢一些，普及范圍也相對較小。雖然機器人比較擅長執行重復性作業，但是自動打孔機的引入尚且處于初始階段，目前很多飛機生產維修工作依舊是人工作業模式。同時，機器人在航空維修中的應用也比較有限，依舊有待開發。

1 機器人技術

機器人屬于半自主或者全自主工作機器，集成了現代化制造技術、材料技術、信息化技術等，屬于智能制造的代表產品。機器人主要包含兩種，即制造環境下所應用工業機器人、非制造環境下所應用服務機器人。服務機器人由于應用環境差異，劃分為為家庭或為人服務的機器人、特殊環境下的專業服務機器人。在航空維修領域所應用機器人，屬于專業服務性機器人。

雖然人們對于機器人的應用具有一定的想象力，但是實際上機器人與人們的期望之間依舊存在比較大的差異。其一，機器人融合了多學科體系，需匯總融合硬件與軟件等多學科知識，需要大規模研發隊伍與時間，投入市場會耗費很長時間。其二，目前工業機器人大部分都是處于結構化環境運轉，服務機器人只能夠完成簡單任務，特種機器人則需要依賴于遙控才能夠完成特殊項目。

2機器人與人類

有學者指出，自動化技術的有效應用會給員工造成壓力，導致員工擔心失去工作，即機器人檢修工作的便捷性、及時性、穩定性、精確性，是否會對人類工作崗位造成威脅。這是必然的，相關技術公司明確指出未來人類所需完成的維修任務不斷增多，機器人技術對MRO產業的影響微不足道，而分析學與人工智能技術的影響更加顯著，但是不論怎樣，在未來人類都會有所屬工作崗位。當前大部分技術公司并未將員工工作全部轉給機器人，并且工會也實時參與了機器人項目。這主要是由于只是想要將員工從更加繁雜的勞動中解放，促使工人聚焦到靈活性、創造性工作中去。

機器人可以有效改善員工身體健康狀況，即在比較狹窄的空間工作以及極易引發煩躁情緒的工作會對員工身體素質造成影響。例如在航空客機中需要安裝幾萬個鉚釘，工作太過繁瑣，對此通過自動化直立式機器人就能夠快速有效的完成任務，將員工從中解放。不僅如此，機器人還具有一些其他顯著優勢，即提高工作效率與質量，節約時間與成本等，尤其是在比較狹窄不舒服的空間內，可以重復作業。機器人與人類之間的相互協作的關系，共同工作，軟件與技術無法全面代替工程技術人員，所以，人類應嘗試去接受機器人，而不必恐慌。航空客運飛機車間地板機器人就是典型代表，工程師通過機器人的聲音識別能力為其傳遞工具，工程師則只需要專注自身工作。此外，RAPID機器人的作用是輔助檢測，是提高效率與質量，節約成本并提升效益的重要工具。

3 航空維修中機器人技術的應用方法

3.1基于工業機器人技術的機械零部件特殊修理

在航空維修中，為了進一步完成零部件缺陷環節低熱輸入焊接、表層尺寸恢復等任務，主要引用了激光熔覆技術與熱噴涂技術。因為零部件之間外形存在較大差異，損傷部位也相對不同，這就直接加大了維修中激光熔覆或者噴槍精確定位的難度，但是通過工業機器人高度柔性化，能夠切實有效加以解決。

3.2基于機器視覺技術的零部件外觀尺寸檢測維修

在飛機進氣道防護柵維修時，需以目視的方式檢測大約10萬小孔的裂縫，工作量非常大，此過程也很容易發生人為失誤，造成維修效率與質量下降，進而引發裂縫檢修遺漏現象，最終影響飛機維修質量，威脅飛行安全。對此，基于機器視覺技術進行裂縫檢測，利用機器視覺技術轉變目標為圖像信號，傳輸到專用圖像處理系統中，以圖像處理技術為輔助，自動識別、標記、存儲防護柵裂縫，并加以解決。在橡膠零部件檢測過程中，橡膠具備一定的彈性，直接阻礙了幾何尺寸測量工作的開展，落實效率也相對偏低。而利用OGP影像測量系統，其中集中了精密光學技術、先進電子技術、軟件多元化功能、精密機械等，能夠精確化顯示零部件影像，從而提高測量的精準性。此系統通過機器視覺與圖像處理技術，能夠進行橡膠零部件非接觸式測量，所獲數據信息也十分詳細，切實解決了橡膠零部件測量準確性與快速性明顯不足的問題。

3.3基于全向移動技術的飛機大型零部件運輸裝配

在航空維修中，一些大部件運輸裝配一直都是難以解決的關鍵性問題，其過程與配套工裝調整之間的對接需要耗費很多時間。因此，利用全向移動技術進行運輸裝配全向車研發。此車利用了速度伺服、多軸運動精確性控制、無源無線等先進化技術，能夠實現車輛平面的自由度任意方向移動，當前已經實現了在航空維修工廠作業中的發動機、機載部附件、武器裝備系統等運輸裝配中的廣泛應用，并獲得了良好效果。

3.4基于機器人技術的航空飛機自動化噴漆與除漆

在我國新型戰機服役中，其隱身涂層具有一定的獨特性，在噴漆與除漆方面要求都非常嚴格，航空維修既有工藝方法與人工作業模式難以完成。對此，引進并吸收以機器人技術為基礎的自動化噴漆與除漆方式已經成為必然趨勢，以此保證航空維修工作的順利開展。

3.5基于機器人技術的航空飛機零部件精密化打磨

在航空維修中，很多零件在投入使用一定時間之后，會出現劃傷或者腐蝕等表層缺陷，需要人工打磨加以去除干凈，其中小型零部件處理難度并不大，而大型零部件，即座艙蓋覆蓋件，其對打磨之后的厚度均勻性要求非常高，處理時不僅勞動強度較大，對于工人技術能力要求也非常高。因此，基于機器人提高作業效率與產品質量，將會是后續機器人技術主要研究方向。

4 機器人未來發展趨勢

初始時期，只期望通過機器人進行飛機表層檢測，但是后續又希望可以通過涂層技術微型化實現測試與維修，最終目標則是優化航空維修模式，提高維修效率與質，加快維修速度。而且在機器人實現在維修領域應用方面，最大的難題是縮小比例，航空飛機的構造比較復雜，機器人需要通過一些比較細小的管道，并且可以機動或無線通信，自由安全進出飛機機身。就短期而言，航空領域可以在機器人上受益的主要是通過機器人實現庫存與工具優化管理，例如亞巴遜公司的點貨機器人。相關航空領域也在自主研發運動式機器人，計劃將其應用到機翼生產廠進行工具與零部件傳遞。

5 航空維修中的機器人關鍵性技術發展

5.1機器視覺技術

所謂機器視覺技術實際上就是機器人技術與照相測量技術的有機融合。在航空維修時，因為存在大量目視檢查工作，對于機器視覺技術的需要相對更迫切。就理論角度來講，所有需要目視檢查的內容都能夠利用機器視覺技術加以實現，并且工作效率與質量相對較高，特別是工作效率，能夠顯著提升。其中所關聯的圖像處理與軟件開發定制是機器視覺技術的關鍵所在，需要著重進行突破。

5.2快速逆向測量技術

在大多數工業機器人操作中，只有以目標產品的外形數據信息為基礎，才能夠實現對機器人運動軌跡與路徑的詳細計算，然而在航空維修中，因為上游企業技術被封鎖，許多目標產品原始圖紙與數字幾何模型的雙層缺陷。在此形勢下，只能利用專業的逆向測量設施設備，針對目標產品外形進行快速逆向測量，從而獲得數字幾何外形數據。而基于快速逆向數據處理與編輯技術獲得科學有效的合格三維數學幾何模型，是一項關鍵性的技術。

5.3離線編程與仿真技術

機器人最終執行是以程序驅動為載體的，傳統的示教變成精確度較差，效率也非常低，根本不能和目標產品數字幾何模型之間實現順利銜接，在復雜的航空產品定制維修時，使用也備受限制。想要實現對機器人的精確化與柔性化控制，進一步滿足實際應用中的限制性要求，避免出現各式各樣的影響與相互碰撞，并顯著提高編程效率與水平，需要深化對機器人離線編程系統的應用探索。

5.4高精度測量定位技術

在航空維修特定流程中，即整機噴漆與除漆，作業區域范圍較大，遠超主流工業機器人的工作范圍，但是對于精確度要求很高，而既有工業機器人絕對定位精確度相對較低，難以滿足作業中對空間定位精確度的相關要求，所以，應利用高精度測量裝置指引機器人末端執行器，以此對運動軌跡進行伺服控制。當前，除利用傳統激光跟蹤儀器之外，還應用了室內GPS技術，其非常適合進行大尺寸測量，能夠在整個作業區域內構建測量場，還能夠就現場實際需要，添加機器人，但是不需耗費額外成本，能夠有效減少固定工裝投入成本。

6 結語

航空維修不同于航空制造，在引進機器人技術時，不能單純照搬照抄，盲目追求最新、最先進技術，而是應該著重探究既有的發展成熟的機器人技術，即機器視覺技術、機器人智能提舉系統等等，并在航空維修中尋求最佳適用區域，這樣一來，才能夠不斷擴大機器人技術在航空維修中的應用深度。盡管當下航空維修領域的機器人技術應用依舊處于初步發展階段，但是也已經有很多相對成功的案例不斷出現，這就直接說明了機器人技術在航空領域中的廣闊發展前景。在未來，航空維修市場競爭會進一步升級，基于先進的機器人技術，提高企業綜合實力，已經成為航空維修行業發展的必然趨勢。