無人機柔性裝配工裝技術研究及應用

趙寒達 趙玉華 呂思源 韓碩

摘要：無人機基于柔韌性工裝技術，創建機身部件數字化柔韌性裝備系統，以無人機裝配工裝為例，運用柔性模塊化設計思想，著重研究該技術通用性，優化和改進無人機裝備工裝結構形式，彰顯柔性化、通用化、標準化等特點，并為相關研究提供借鑒意義。

關鍵詞：無人機;柔性裝配工裝技術;應用研究

引言：

在國家軍事戰略和民用領域中，無人機的作用不言而喻。在無人機制造過程中，裝備工作是關鍵和核心，尤其是無人機裝配工作，應打破傳統設計理念，縮短設計制造周期，貼合實際市場需求，注重技術研發領域。柔性裝配技術作為一種先進技術，真正做到“一型多用”，滿足設計、制造和使用模式，分析該技術的可重組、模塊化設計，注重模塊化工裝的組合過程，為新一代無人機的數字化奠定了基礎。

1 無人機結構模塊化特征

很多先進的無人機都采用復合材料制作而成，是其內部結構構造的主體，尤其是一些中小型無人機，基本上為復合材料骨架和蒙皮結構的形式。比如，以機身為例，在梁框式構造下，機身壁板、機身梁、機身框板，多為玻璃纖維、碳纖維蜂窩夾層、玻璃纖維壓層結構及復合材料等;通常呈現出“U型梁”或者是“工字梁”，遵循柔性模塊化設計原則，既要符合正常功能需求，又要盡力簡化模塊結構，使其具有性能穩定、結構簡單等優勢，尤其是無人機典型結構，機身裝配起到關鍵性作用，無論是膠接機構和裝配要求，都應簡化工裝結構形式（框、梁、壁板等）。數字化柔性工裝定位與傳統工裝定位比較，柔性工裝的定位更具可控性，尤其是定位過程，能夠在定位系統下自動控制和調整

2 無人機柔性裝配工裝技術設計

2.1 無人機部件的定位方法

無人機部件產品裝配和定位，大體上分成兩種典型模式，分別是骨架為基準和蒙皮為基準，無人機翼面類部件采取蒙皮為基準的方式，機身及其他部件以骨架為基準。結合無人機部件裝配情況，工裝定位上呈現出以下兩個特點，一是飛機機身部件骨架結構多為框梁類結構，起到支撐定位作用;二是機身部件裝配側重強化主承力構件（框、梁等）。在無人機模塊化裝配工裝設計中，采用一套型架結構，在對結構進行調整和改進后，符合多種型號和部件裝配需求，節省生產制作時間，提升裝配工裝高效率，尤其是產品品種受到外界影響時，需要以經濟性、功能性為前提和基礎，切實提高快速轉換生產機型的自適應能力。

2.2 柔性工裝的結構整體和原理

2.2.1 機械系統設計

（1）靜態框架結構

機械系統設計包括靜態框架結構、動態卡板結構，兩者相輔相成、缺一不可。靜態框架結構包括支撐底座、轉動機構、標準框架和連接件等。

支撐底座主要起到支撐作用，根據框架轉動所需空間規格，打造支撐框架高度適宜的裝配工裝結構，支撐底座位于框架設計轉動中心軸上，確保操作人員舒適高度操作，推進產品裝配工作。

轉動機構處在框架設計轉動中心軸上，構置在支撐底座上，采用相對成熟產品，提升工作人員效率，高水平、高質量完成整個裝配工裝框架的轉動和固定工作;值得注意的是，轉動機構最好選用市場上的標準化、規范化產品。

框架作為結構中間部分，是柔性模塊化工程的必要環節，采用矩形框架結構，根據實際情況進行調整和改進，滿足多種外形尺寸及功能需求;傳統剛性工裝框架基本上固定在地基出，突出和強調框架的固定性。

標準框架是整個結構的關鍵和核心，作為柔性化模塊化工裝的重要環節，無論是長度方向，還是其寬度方向，都有著較強的可調節性，除了滿足外形尺寸要求外，還能采用矩形型材嵌套式結構形式。

連接件有標準定位銷和禁錮螺栓，主要用來定位和穩固連接卡板，還涉及到標準框架（調整長度和寬度方向后）的連接和固定。

（2）動態卡板結構

動態卡板機構分別有外形卡板、橫卡板、接頭定位器、鉆模板。

部件外形卡板多為接頭定位器的定位和連接基準，尤其是產品裝配環節中，既支撐框架和蒙皮，又穩固部件、組件啟動外形;外形卡板主要用來夾緊相近構件（框、肋和蒙皮等），避免出現大量的膠接間隙，還切實壓緊部位的理論氣動外形，可用作全部接頭定位器的定位和連接基準。

橫卡板定位骨架中的梁和蒙皮，推進膠接質量，經采用標準連接件的方法，與外形卡板連接為一體。

接頭定位器根據框架定位基準，與角座和接頭定位器連接，不僅符合產品零部件定位，而且確保部件裝配后的應用;該定位作為一種結構形式，不僅確保良好的定位功能，還具有便于拆卸的特點，主要用來對各部件內部精準性的裝配定位。

鉆模板是指零組件（定位連接關系）的鉆制，使連接孔位和孔精度兩者保持高度的協調性和一致性。

柔性工裝的靜態框架，基本為桁梁式結構，該結構有著較強的剛度和開敞性。動態定位器在整個工裝裝配中發揮者重要作用，結合后機身部件結構，需要明確實際定位需求，將定位器利用不同的組裝方式，注重模塊化設計，使整個結構更加緊湊簡化。在無人機工裝機械系統設計中，傳動機構必不可少，該結構有著3個方向的傳動結構設計，X向為直線導軌聯合齒輪，其中齒條和直線導軌呈現平行方式，穩固在橫梁后，兩端伺服電機推動橫梁前進，從而調整X向橫梁。同時，Y向與Z向橫梁采用移動裝置，達到控制伺服電機和節省空間的效果。

2.2.2 控制系統設計

結合無人機裝配柔性工裝系統原理，工裝控制系統需要對接定位器（40個），各定位涉及方向的運動控制（3個）。運動控制作為超多軸控控制系統工作中，構建終端控制體系，達到數據保存與備份功能。

2.2.3 柔性裝配工裝按照及檢測方法

激光跟蹤測量技術作為一種先進的技術手段，技術優勢和價值體現在無接觸、高速、高精度通用等，符合無人機各類尺寸部件裝配的要求。無人機柔性模塊化工裝技術應用，為確保良好的技術應用效果，主要依托于數字化傳遞方法和激光跟蹤測量技術，在標準框架、接頭定位器和主卡板等，采取增設激光靶點位置的做法，實現對無人機工裝裝配各部件的高精度定位和安裝，這有著重大現實意義。

3 應用案例分析

結合上述對無人機柔性模塊化工裝技術探討，從設計原則、結構研究、理論內容等，經過不斷設計制造，并配合激光跟蹤儀應用實施，最終創建出某型無人機柔性裝備工裝實物。

經過無人機柔性模塊化工裝設計制造技術的研發與實踐，證實在無人機整個制作過程中，柔性裝配工裝技術有著多種技術優勢和價值。該技術降低技術成本，節省整個研制過程時間，運用先進的數字化技術，設計和分析大量數據，避免裝配工裝的設計出錯率，需結合實際情況，合理應用技術手段，切實提高工作效率。因此，無人機柔性裝配工裝技術，促進技術應用與推廣，推動制造行業技術研發。

結束語：

隨著科學技術的不斷發展，無人機柔性裝配工裝技術面臨發展機遇和挑戰。經過實際研發，無人機柔性裝配技術具有優勢和價值，如精準性高、技術性優越、節省研制周期，為多元化市場提供一條切實有效的技術渠道。

參考文獻：

[1]孔祥雯.舵面類部件柔性裝配工裝技術研究與應用[J].新商務周刊，2019，23（16）：1.

[2]何麗紅.關于飛機數字化柔性裝配工裝技術的探索[J].2021 （2015-5）：79-79.

[3]王巍，王誠鑫，周天一.集成管理系統在飛機裝配柔性工裝上的應用[J].航空制造技術，2019，62（13）：6.

[4]孫建.飛機柔性裝配工裝關鍵技術及發展趨勢分析[J].2021 （2016-27）：162-162.

[5]朱晨.探究飛機柔性裝配方法在飛機裝配中的應用[J].2021 （2016-27）：174-174.