呂志勝,郭永濤（江蘇省交通技師學(xué)院,江蘇　鎮(zhèn)江　212006）

工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

呂志勝,郭永濤
（江蘇省交通技師學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江212006）

摘要：本文簡述了工業(yè)機(jī)器人的基本定義，介紹了工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域方面的幾種應(yīng)用以及工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域今后發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；航空航天；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

1　引言

自英國工業(yè)革命以來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，機(jī)械已經(jīng)慢慢取代人力勞動。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動化，提高生產(chǎn)效率，減少了工傷事故的發(fā)生。近年來，隨著機(jī)電一體化設(shè)備的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人因具有一致性和可靠性好，精確度高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、汽車、化工以及航空航天制造領(lǐng)域。

目前，航空航天領(lǐng)域制造仍是勞動密集型，且它對產(chǎn)品的工藝和精度要求也較嚴(yán)格，生產(chǎn)能力也不足。為此，航空航天領(lǐng)域制造企業(yè)通過工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，企業(yè)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級和裝備先進(jìn)制造能力提升具有重要意義。

2　工業(yè)機(jī)器人定義

工業(yè)機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具備編程能力的多功能操作機(jī)，它一般具有幾個關(guān)節(jié)軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)單個基本部分組成。機(jī)械系統(tǒng)即執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括基座、臂部和腕部，一般有3至6個運(yùn)動自由度。驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動機(jī)械的驅(qū)動裝置，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)機(jī)器人作業(yè)的指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使其完成規(guī)定的運(yùn)動和功能。

3　工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，工業(yè)機(jī)器人的已廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)，機(jī)械加工行業(yè)，食品行業(yè)、木材與家具等多個行業(yè)，近年來，在航空航天領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人也廣泛使用，主要是用于機(jī)械加工制造，通過它可以完成航空航天產(chǎn)品的焊接、噴涂、熱處理、裝配等作業(yè)。由于航空航天產(chǎn)品的生產(chǎn)和制造具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、性能指標(biāo)精度高、環(huán)境潔凈度高、載荷重等特點(diǎn)，因此，對工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、性能、動作流程和可靠性等都提出了更高的要求。

（1）噴涂，它是一種用專用設(shè)備把某種固體材料熔化并加速噴射到機(jī)件表面上形成一特制薄膜層，以提高幾件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能的表面技術(shù)。飛機(jī)表面的涂層質(zhì)量對飛機(jī)至關(guān)重要，主要是體現(xiàn)在涂層厚度、表面粗糙度、厚度公差、氣孔率對于人工噴涂較困難。而采用機(jī)器人技術(shù)則可以較好解決這些問題。工業(yè)機(jī)器人噴涂可以解決涂覆的一致性，用同一設(shè)備即可完成整個工件，避免了人工多個區(qū)域操作的差別，另外它可以有效地消除了涂覆后的再打磨和涂層中的氣孔，涂層表面公差更均勻，減少了材料的浪費(fèi)，降低了處理廢料的成本，保護(hù)了操作者免受噴涂材料粉塵的污染。

（2）焊接，它是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使連接件達(dá)到原子結(jié)合的加工方法。焊接機(jī)器人是從事焊接的工業(yè)機(jī)器人，它是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動控制操作機(jī)，具有三個或更多可編程的軸，用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。在航空航天制造領(lǐng)域，焊接應(yīng)用越來越多，它用于鋁合金及其航空航天材料的點(diǎn)焊、弧焊、激光焊和攪拌摩擦焊。工業(yè)機(jī)器人焊接可以很大幅度提高焊接過程中的速度和質(zhì)量，同時能降低焊接成本和復(fù)雜曲面焊接難度，實(shí)現(xiàn)焊接過程自動化。工業(yè)機(jī)器人焊接在于離線編程和虛擬仿真技術(shù)，它可以優(yōu)化焊接路徑提高效率。

（3）熱處理，它是通過加熱、保溫、冷卻來改變金屬及其合金表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到控制性能的工藝方法。由于航空航天領(lǐng)域材料具有高度的性能，往往要具有耐高溫、輕質(zhì)量、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，所以原始加工的材料必須經(jīng)過熱處理提高其性能。工業(yè)機(jī)器人熱處理可以實(shí)現(xiàn)熱處理生產(chǎn)過程的自動化，保證熱處理工藝產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。在熱處理中的應(yīng)用，促使熱處理工業(yè)機(jī)器人設(shè)備向高效、低成本、柔性化和智能化的方向發(fā)展。此外，熱處理工業(yè)機(jī)器人可以有效地改善工人的勞動條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。

（4）裝配，它是將生產(chǎn)的零部件按照規(guī)定的圖紙技術(shù)組裝起來，經(jīng)過調(diào)試、檢驗(yàn)使之成為最終使用產(chǎn)品的過程。航空航天的裝配包括部裝和總裝兩個環(huán)節(jié)，部裝主要完成艙體口蓋的修配、托板螺母及支架鉚接、鉆孔等，總裝主要完成成件的安裝以及總裝測試。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，可以提高航天裝備裝配效率，縮短航天裝備生產(chǎn)周期，保證裝備配質(zhì)量一致性，對多機(jī)器人協(xié)作、機(jī)器人手眼視覺、機(jī)器人自動導(dǎo)航等，為航天裝備柔性化只能生產(chǎn)車間建設(shè)打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

4　工業(yè)機(jī)器人在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品制造仍然處在一個勞動密集、工序繁復(fù)、環(huán)境惡劣等階段。生產(chǎn)的產(chǎn)品精度和生產(chǎn)能力的不足，極大阻礙著航空航天制造領(lǐng)域的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人因其生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的一致性好、可靠性高和適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用汽車、機(jī)械加工行業(yè)、物流、航空航天制造領(lǐng)域等多個行業(yè)，并且日趨成熟。它不僅有效的提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約了人工勞動力以及生產(chǎn)制造的成本，而是更加增強(qiáng)了航空航天領(lǐng)域企業(yè)的生產(chǎn)柔性和競爭力。由于航空航天領(lǐng)域科技的飛速發(fā)展，帶來了航空航天制造企業(yè)的不斷增多，進(jìn)而應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的情況越來越多，技術(shù)發(fā)展也越來越高。

我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)品不斷在航空部件裝配、航天產(chǎn)品生產(chǎn)線以及衛(wèi)星系列產(chǎn)品生產(chǎn)研制中逐漸得到了廣泛應(yīng)用和推廣，但是與國外技術(shù)發(fā)展相比仍存在著較大的差距，尤其是美國、德國、加拿大、日本等國家已在航空制造領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)方面投入巨大經(jīng)費(fèi)，獲得了良好效果。目前，航空航天領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人正朝著多樣化方向發(fā)展，移動式工業(yè)機(jī)器人、多臂協(xié)同工業(yè)機(jī)器人、末端伺服工業(yè)機(jī)器人、靈巧關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人等將是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的主要產(chǎn)品。同時對于一些新型材料、高精加工、復(fù)雜裝配等方面的生產(chǎn)，需要不斷對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)提出要求和改進(jìn)，需要航空航天制造企業(yè)和工業(yè)機(jī)器人研發(fā)機(jī)構(gòu)等根據(jù)生產(chǎn)要求開展技術(shù)研究和突破，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在航空航天制造領(lǐng)域不斷應(yīng)用與創(chuàng)新。

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