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刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

二、航空制造逐步应用新概念机器人

航空制造商正越来越多地利用工业机器人提升自动化水平,尤其是装配环节的大量需求,让众多美欧研究机构、机器人厂商、创新技术公司纷纷加入,与空客、波音、洛马、BAE系统公司等航空制造巨头一同开发各类新构型灵巧机器人和自主式协作机器人,并且众多成果已经通过技术验证或生产验证,即将或已经用于先进航空产品的制造中。

1.柔性关节机器人

英国OC机器人公司2001年就开发出了蛇形臂机器人原型,根据任务需求不同,臂的直径可从12.5mm到150mm不等,长度可从1m到10m,直径越大负载能力越高。操作员通过“头部跟随”原理控制机器人蜿蜒行进,当指令传递到蛇形臂尖端后,其余关节将按特定路径跟踪尖端行进。2006年公司与空客英国和库卡合作开发了用于狭小空间装配的蛇形臂机器人,其柔性足以将所需工具输送到机翼翼盒内部执行密封和墩粗等装配任务,让传统工业机器人无法达到的地方实现了自动化。德国弗劳恩霍夫机床与成形技术研究所2014年开发出了一种专用于机翼翼盒内部装配的蛇形臂机器人,机器人重60kg,包括总长2.5m、重15kg8个关节段以及可重达15kg的末端执行器或检测摄像头,独特的齿轮系统、总计可产生500Nm扭矩的电机以及线缆-主轴驱动系统。机器人可以安装在移动平台或固定轨道上,在工作时沿着机翼移动从事复杂任务,比如每个翼盒约3000次的钻铆和密封操作。

刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

翼盒内装配机器人概念(OC机器人公司)

刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

翼盒内装配机器人演示(OC机器人公司)

此外,美空军研究实验室2017年演示了一种基于蛇形臂机器人的远程进入无损评价系统,机器人的末端是一个多轴操作头,包括多盏灯、小型摄像头和一个端口,让检查人员很容易放置各种可互换的无损检测工具,包括涡流探针。系统为无损检测工程人员和检查人员提供了一种新型、更好部署的解决方案,减少了检查时间、降低了人力和停飞成本,提升了安全性。

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无损评价系统(美空军研究实验室)

2.并联运动机器人

瑞典艾克斯康2004年起就开始利用专利技术开发X系列并联运动机器人,目前已经用在了空客A350机翼壁板钻孔中。2016年,在英国航空技术研究院支持下,英国谢菲尔德大学波音先进制造研究中心(AMRC)通过“未来飞行器工厂”项目,联合空客和艾克斯康开发了一个轻量化和模块化版本的机器人,具有3g的加速度,以及10μm的定位精度。新型机器人使用复合材料制造,包括5个模块,可以由2个人轻松拆卸和移动,并且工厂温度变化对执行器精度的影响更小。2017年,由洛克希德·马丁公司等合资成立的阿联酋艾克斯康有限公司将这款机器人定名为XMini并正式推出,机器人可以被分开并在机翼翼盒内部等狭小空间内重新组装,已经交付空客直升机公司,并可能用于F-35战斗机制造。2018年6月,空客A330neo、A350等飞机装配线交钥匙集成商Ascent航宇公司表示已经在自动化解决方案中引入了XMini机器人。

XMini机器人(埃克斯康公司)

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XMini细节(艾克斯康公司)

刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

并联运动机器人用语A350机翼装配(空客公司)

附:装备2018年军工装备技术交流会PPT(上半部分)

刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

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刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

刘亚威:航空制造推动新概念机器人发展(上)

(中国航空工业发展研究中心  刘亚威)

本篇供稿:系统工程研究所

运 营:李沅栩

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