七大技术助力工业机器人要进入航空制造领域

近年来，工业机器人以其重复精度高、可靠性好、适用性强等显著优势，已广泛涉足汽车、电子、食品、化工、物流等多个行业，并持续深化应用，大幅提升了产品质量和生产效率，显著降低了劳动力和制造成本，增强了生产柔性和企业竞争力。尤其在保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、降低材料消耗等方面发挥了重要作用。在航空航天产品制造领域，生产流程依然以劳动密集、工序繁复、工况恶劣的手工制造为主，自动化生产能力不足，已成为制约武器装备可靠性和生产能力提升的瓶颈。

随着国家大力推动航空航天产业的发展，航空航天制造企业积极引入工业机器人进行自动化生产改造，对于促进企业生产模式转型升级、装备先进制造能力提升具有划时代的意义。工业机器人在航空航天制造领域不仅要完成典型的点胶、焊接、喷涂、热处理、搬运、装配以及检测等常规作业，还要应对钻孔、铆接、密封、修整、复合材料铺敷、无损探伤等特种作业任务。航空航天产品的制造特点，如尺寸大、结构复杂、性能指标精度高、载荷重、环境洁净度高以及材料特殊等，对工业机器人的结构、性能、动作流程和可靠性提出了更高要求。

随着工业机器人在航空制造领域的深入应用，一些问题也逐渐显现。例如，作业规划和干涉碰撞检测的自动化程度低，导致生产准备时间过长；作业柔性和可拓展性不足，无法充分展现机器人的优势。未来的航空制造领域工业机器人需更好地适应单件小批生产模式的多变需求，提高定位及运动精度，缩短离线编程和生产准备时间，真正发挥机器人的优势。以下关键技术将成为未来发展的重要方向：

(1) 高精度测量定位技术：为满足飞机数字化装配中的绝对定位精度要求，需借助高精度测量装置引导机器人末端执行器实现精准运动轨迹控制。当前常用的测量手段包括激光跟踪仪和iGPS等全局测量技术，以及适用于局部测量的视觉传感器和激光测距传感器等。未来多传感器信息融合技术将进一步发展。

(2) 末端精度补偿技术：机器人末端精度受多种因素影响，为提高定位精度，除采用高精度测量仪器外，还需建立误差模型和补偿算法。这包括对机器人关节刚度、位置误差、热变形等进行参数辨识，通过精度补偿算法对末端执行器的定位进行伺服修正。

(3) 智能规划技术：机器人的智能化程度将直接影响其工作效能和效率。在深入了解工艺的基础上，实现自动路径规划、机器人轨迹优化、自动干涉校验以及工艺参数与过程的优化是关键研究方向。人工智能方法如专家系统、模糊系统、机器学习等将被广泛应用，以提高机器人的智能规划能力。

(4) 机器人控制技术：工业机器人是一个非线性、多变量的控制对象。随着高速度、高精度、重载荷的作业需求增加，机器人的控制方法将持续成为研究重点。柔顺控制、力位混合控制、视觉伺服控制等方法将得到进一步应用和研究。

(5) 机器人本体结构的创新设计：针对航空产品的特殊结构，需要开发专用、特种、非标准的机器人，这需要进行本体结构的创新设计，以扩大机器人的应用领域。

随着数字化技术的不断进步，空客公司推出的“无型架数字化装配技术中心”引领了航空制造业的新潮流。该中心是一个融合了软硬件的先进装配工作站，它采用一体化数字工装，并整合了装配、调整与检测等多元技术，大大提高了飞机装配的效率。

在数字化制造体系的技术支持下，以模型定义（MBD）为核心的数字化工艺设计和产品制造模式正在崛起。由此派生的三维工艺数模、工装数模和检验数模为机器人作业规划和离线编程提供了重要依据。基于三维数模的作业规划、可视化装配过程、数字化检测以及集成数据管理等功能变得至关重要。机器人离线编程和控制系统正朝着更加开放的方向发展，支持标准三维数据格式，提供数据访问接口，与制造信息化系统紧密互联。

随着关键技术的突破和进步，航空制造机器人正在向智能化、柔性化、灵巧化、协作化方向迈进，适应航空制造业的新需求。未来的工业机器人将实现更高程度的智能化，通过提升定位标定、作业规划和碰撞检测的智能水平，缩短生产准备时间，甚至实现独立自主地完成工作。

柔性化是另一个发展方向。传统工业机器人追求速度和精度，而轻质机器人因其关节力反馈能力和关节柔性等特点，在某些特殊场合更具优势。灵巧化的航空制造机器人也展现出良好前景，特别是在复杂、隐蔽的产品空间内部进行作业。例如，关节式冗余自由度机器人在飞机壁板监测、标准件紧固等任务中表现出色。

行走机构方面，工业机器人正尝试采用更经济的轮式或履带式移动平台，实现围绕零件移动制造的目的。爬行机器人也引起了广泛关注。协作化趋势也日益明显，双臂或多臂机器人受到众多科研机构的重视，国际知名机器人制造商也纷纷投入相关产品的研制。

尽管机器人技术在迅速发展，但它仍然无法完全取代人类。将机器人集成到生产中，实现人机协同操作，已成为人们心目中的理想航空制造模式。在欧美等国家，机器人先进识别和人机协同操作的项目已经启动。空客也在其飞机组装项目中尝试引入人型双臂机器人。

面对航空航天制造领域的特点，提高质量、降低成本、快速反应是航空航天制造企业的重要任务。工业机器人在企业转型升级、提升制造能力方面发挥着重要作用。新型材料、高精加工和复杂装配对工业机器人技术提出了新的要求，需要制造企业和研发团队密切合作，突破关键技术，推动工业机器人在航空制造领域的创新。

我国航空制造业正处于快速发展阶段，对技术和设备的升级改造需求迫切。工业机器人技术的进一步发展和基础理论研究的进步为其在航空制造业得到青睐提供了机遇。可以预见，在我国航空技术大力发展的背景下，工业机器人在航空制造领域的作用将更加凸显。