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数字化制造体系支持技术
在以基于模型定义(Model Based Definition, MBD)为核心的数字化工艺设计和产品制造模式下,由三维设计数模分别派生出的三维工艺数模、工装数模和检验数模成为机器人作业规划和离线编程的依据,因此基于三维数模的作业规划、基于轻量化模型的装配过程可视化、基于MBD 的数字化检测和基于MBD 的集成数据管理功能不可或缺。此外,未来的机器人离线编程和控制系统需要更加开放,包括支持标准三维数据格式、提供标准化的数据访问接口、与制造信息化系统互联等。
伴随着这些关键技术的突破和进步,未来的航空制造机器人将向智能化、柔性化、灵巧化、协作化的方向发展,以适应航空制造业日新月异的发展和不断涌现的新需求:
1、智能化
现有工业机器人需要通过人工示教或离线编程才能执行作业。提高定位标定、作业规划和碰撞检测的智能程度,以缩短生产准备时间,是未来工业机器人的一个重要发展方向,人们甚至希望未来的机器人能够对自身的行为进行实时规划和控制,独立自主地完成工作,而不是仅仅局限于动作重复。
2、柔性化
传统工业机器人追求速度和精度,其重量大、体积大、功耗大、刚性大,但在某些特殊场合下,具有关节力反馈能力和关节柔性的轻质机器人因其自重小、低功耗、较高负载/ 自重比和具备柔顺控制能力等特点更具优势。
3、灵巧化
航空制造经常需要在复杂、隐蔽的产品空间内部进行作业,比如飞机壁板内部的监测、标准件紧固及密封,以及进气道的测量、安装、喷涂、检验等,关节式冗余自由度机器人因其工作空间大、灵活性高等特点而呈现出良好前景。
在行走机构方面,工业机器人大多采用轨道结构,占用工作空间和地面大,厂房投入和维护成本高。在轮式或履带式移动平台上安装工业机器人,从而达到围绕零件移动制造的目的不失为一种更经济的办法。利用真空吸附装置等实现工件表面攀附的爬行机器人也值得关注。
4、协作化
双臂或多臂机器人越来越受到国内外众多科研机构的高度重视,ABB、KUKA、YASKAWA等国际机器人制造商纷纷开展了相关产品的研制,目前已经有利用双臂协调机器人进行航空复合材料自动铺放的报道。
另外,尽管机器人技术的发展日新月异,但毕竟不可能完全取代人,将机器人集成到生产中,使机器人与人并肩工作,消除人机之间的防护隔离,将人从简单枯燥的工作中解放出来,进而从事更有附加值的工作,一直是人们心目中理想和吸引力的航空制造模式。2012 年底,德国、奥地利、西班牙等国家在欧盟第七框架计划“未来工厂”项目的资助下联合发起VALERI 计划,其目的就是实现机器人先进识别和人机协同操作。空客也在其飞机组装的未来探索(FUTURASSY)项目中做出了大胆尝试,将日本川田工业株式会社研制的人型双臂机器人应用于A380方向舵组装工作站,与普通人类员工一起进行铆接工作。
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