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工業(yè)機(jī)器人在未來航空制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技能技術(shù)
DANBACH ROBOT
隨著工業(yè)機(jī)器人在航空制造領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸深入，些不足也開始呈現(xiàn)出來，例如作業(yè)規(guī)劃和干涉碰撞檢測(cè)的自動(dòng)化程度低、定位標(biāo)定和離線編程等生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)作業(yè)柔性和可拓展性考慮不足導(dǎo)致設(shè)備利用率不高等，在航空產(chǎn)品單件小批生產(chǎn)模式下有時(shí)無法體現(xiàn)出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。
未來航空制造領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人需要更好地適應(yīng)單件、小批生產(chǎn)模式下多變的任務(wù)需求、復(fù)雜的場(chǎng)地環(huán)境，提高定位及運(yùn)動(dòng)精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，提高設(shè)備利用率等，真正發(fā)揮出機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。下列技術(shù)將成為共性的關(guān)鍵技能技術(shù)。
高精度測(cè)量定位技術(shù)
工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度高而定位精度低，無法滿足飛機(jī)數(shù)字化裝配中定位精度要求，因此需要高精度測(cè)量裝置引導(dǎo)機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的伺服控制。目前來看，大范圍測(cè)量主要使用激光跟蹤儀和iGPS 等，局部測(cè)量中單目視覺、雙目視覺、手眼視覺、激光測(cè)距傳感器等各有所長(zhǎng)，在某些特殊場(chǎng)合下，聲覺、力覺傳感器也有用武之地?？梢灶A(yù)見的是，多傳感器信息融合技術(shù)必將得到進(jìn)步發(fā)展。
末端精度補(bǔ)償技術(shù)
機(jī)器人末端精度受運(yùn)動(dòng)學(xué)插補(bǔ)、機(jī)器人負(fù)載、剛度、機(jī)械間隙、刀具磨損、熱效應(yīng)等多種因素的影響，因此除了采用高精度的測(cè)量?jī)x器外，建立定位誤差模型和補(bǔ)償算法也是提高定位精度的重要手段。為此，需要對(duì)機(jī)器人的關(guān)節(jié)剛度、位置誤差、溫度引起的變形等進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，獲得誤差模型或誤差矩陣，進(jìn)而通過精度補(bǔ)償算法對(duì)末端執(zhí)行器的定位提供伺服修正。
智能規(guī)劃技術(shù)
機(jī)器人是自動(dòng)化的載體，無論是鉆孔、噴涂、焊接、切割、裝配還是涂膠、點(diǎn)膠，較終都依靠機(jī)器人末端嚴(yán)格按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)完成作業(yè)，因此軌跡規(guī)劃的結(jié)果直接影響機(jī)器人的工作效能和效率，而軌跡規(guī)劃的效率和自動(dòng)化程度則直接影響生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。在對(duì)工藝深入了解的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、機(jī)器人軌跡優(yōu)化、自動(dòng)干涉校驗(yàn)、工藝參數(shù)與過程優(yōu)化是個(gè)重要的研究方向。
為了提高機(jī)器人的智能化程度，諸如專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化計(jì)算、群計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法將被大量引入，而圖像識(shí)別、語音識(shí)別、語音合成、自然語言理解等技術(shù)也會(huì)被廣泛應(yīng)用于增加、改良人機(jī)交互方式。此外，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，資源共享、知識(shí)共享、數(shù)據(jù)挖掘等理念為提高機(jī)器人的分析、決策和協(xié)作能力提供了新的思路。
機(jī)器人控制技術(shù)
由于工業(yè)機(jī)器人是個(gè)非線性、多變量的控制對(duì)象，結(jié)合位置、力矩、力、視覺等信息反饋，柔順控制、力位混合控制、視覺伺服控制等方法得到了大量應(yīng)用和研究，面對(duì)高速度、高精度、重載荷的作業(yè)需求，機(jī)器人的控制方法仍將是研究重點(diǎn)。
機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
由于航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特殊性，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人有時(shí)無法滿足需求，隨著機(jī)器人技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的逐漸深入，對(duì)專用、特種、非標(biāo)機(jī)器人的需求越來越多，這意味著需要針對(duì)具體任務(wù)進(jìn)行本體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，擴(kuò)大機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。
可重構(gòu)柔性加工單元技術(shù)
在飛機(jī)的制造和裝配中，工裝型架數(shù)量多、尺寸大、種類多，是筆很大的開銷。未來的工裝將采用模塊化設(shè)計(jì)，通過移動(dòng)各種動(dòng)態(tài)模塊改變工裝格局，適應(yīng)不同尺寸和類型的產(chǎn)品?？湛凸菊谘兄频?ldquo;無型架數(shù)字化裝配技術(shù)中心”就是該理念的產(chǎn)物，該中心是個(gè)軟、硬件相結(jié)合的裝配工作站，融合了體化數(shù)字工裝和各項(xiàng)裝配、調(diào)整、檢測(cè)技術(shù)，可大大提高飛機(jī)裝配效率。
數(shù)字化制造體系支持技術(shù)
在以基于模型定義 為核心的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造模式下，由三維設(shè)計(jì)數(shù)模分別派生出的三維工藝數(shù)模、工裝數(shù)模和檢驗(yàn)數(shù)模成為機(jī)器人作業(yè)規(guī)劃和離線編程的依據(jù)，因此基于三維數(shù)模的作業(yè)規(guī)劃、基于輕量化模型的裝配過程可視化、基于MBD 的數(shù)字化檢測(cè)和基于MBD 的集成數(shù)據(jù)管理功能不可或缺。此外，未來的機(jī)器人離線編程和控制系統(tǒng)需要更加開放，包括支持標(biāo)準(zhǔn)三維數(shù)據(jù)格式、提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)訪問接口、與制造信息化系統(tǒng)互聯(lián)等。
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