航空維修中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用方法

鄧國(guó)智

摘要：機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在很大程度為整潔地板式制造環(huán)境提供了幫助，即利用機(jī)器人技術(shù)，可以嚴(yán)格管理車間，增加自動(dòng)化工位，并最大化優(yōu)化空間利用率，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率與水平，達(dá)到最高級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)。就航空領(lǐng)域來(lái)講，維修供應(yīng)商利用機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)試、修理時(shí)，也必須遵守高級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)，才可以進(jìn)一步滿足飛機(jī)安全性與穩(wěn)定性要求。據(jù)此，文章主要對(duì)航空維修中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用方法做了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：航空維修;機(jī)器人技術(shù);應(yīng)用方法

中圖分類號(hào)：TQ056文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）07-0127-03

長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)于機(jī)器人一直保持著迷戀與恐慌，但是就企業(yè)而言，機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，成為高新技術(shù)企業(yè)的重要基礎(chǔ)。其實(shí)，機(jī)器人技術(shù)在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展相對(duì)要慢一些，普及范圍也相對(duì)較小。雖然機(jī)器人比較擅長(zhǎng)執(zhí)行重復(fù)性作業(yè)，但是自動(dòng)打孔機(jī)的引入尚且處于初始階段，目前很多飛機(jī)生產(chǎn)維修工作依舊是人工作業(yè)模式。同時(shí)，機(jī)器人在航空維修中的應(yīng)用也比較有限，依舊有待開(kāi)發(fā)。

1 機(jī)器人技術(shù)

機(jī)器人屬于半自主或者全自主工作機(jī)器，集成了現(xiàn)代化制造技術(shù)、材料技術(shù)、信息化技術(shù)等，屬于智能制造的代表產(chǎn)品。機(jī)器人主要包含兩種，即制造環(huán)境下所應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人、非制造環(huán)境下所應(yīng)用服務(wù)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人由于應(yīng)用環(huán)境差異，劃分為為家庭或?yàn)槿朔?wù)的機(jī)器人、特殊環(huán)境下的專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。在航空維修領(lǐng)域所應(yīng)用機(jī)器人，屬于專業(yè)服務(wù)性機(jī)器人。

雖然人們對(duì)于機(jī)器人的應(yīng)用具有一定的想象力，但是實(shí)際上機(jī)器人與人們的期望之間依舊存在比較大的差異。其一，機(jī)器人融合了多學(xué)科體系，需匯總?cè)诤嫌布c軟件等多學(xué)科知識(shí)，需要大規(guī)模研發(fā)隊(duì)伍與時(shí)間，投入市場(chǎng)會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。其二，目前工業(yè)機(jī)器人大部分都是處于結(jié)構(gòu)化環(huán)境運(yùn)轉(zhuǎn)，服務(wù)機(jī)器人只能夠完成簡(jiǎn)單任務(wù)，特種機(jī)器人則需要依賴于遙控才能夠完成特殊項(xiàng)目。

2機(jī)器人與人類

有學(xué)者指出，自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用會(huì)給員工造成壓力，導(dǎo)致員工擔(dān)心失去工作，即機(jī)器人檢修工作的便捷性、及時(shí)性、穩(wěn)定性、精確性，是否會(huì)對(duì)人類工作崗位造成威脅。這是必然的，相關(guān)技術(shù)公司明確指出未來(lái)人類所需完成的維修任務(wù)不斷增多，機(jī)器人技術(shù)對(duì)MRO產(chǎn)業(yè)的影響微不足道，而分析學(xué)與人工智能技術(shù)的影響更加顯著，但是不論怎樣，在未來(lái)人類都會(huì)有所屬工作崗位。當(dāng)前大部分技術(shù)公司并未將員工工作全部轉(zhuǎn)給機(jī)器人，并且工會(huì)也實(shí)時(shí)參與了機(jī)器人項(xiàng)目。這主要是由于只是想要將員工從更加繁雜的勞動(dòng)中解放，促使工人聚焦到靈活性、創(chuàng)造性工作中去。

機(jī)器人可以有效改善員工身體健康狀況，即在比較狹窄的空間工作以及極易引發(fā)煩躁情緒的工作會(huì)對(duì)員工身體素質(zhì)造成影響。例如在航空客機(jī)中需要安裝幾萬(wàn)個(gè)鉚釘，工作太過(guò)繁瑣，對(duì)此通過(guò)自動(dòng)化直立式機(jī)器人就能夠快速有效的完成任務(wù)，將員工從中解放。不僅如此，機(jī)器人還具有一些其他顯著優(yōu)勢(shì)，即提高工作效率與質(zhì)量，節(jié)約時(shí)間與成本等，尤其是在比較狹窄不舒服的空間內(nèi)，可以重復(fù)作業(yè)。機(jī)器人與人類之間的相互協(xié)作的關(guān)系，共同工作，軟件與技術(shù)無(wú)法全面代替工程技術(shù)人員，所以，人類應(yīng)嘗試去接受機(jī)器人，而不必恐慌。航空客運(yùn)飛機(jī)車間地板機(jī)器人就是典型代表，工程師通過(guò)機(jī)器人的聲音識(shí)別能力為其傳遞工具，工程師則只需要專注自身工作。此外，RAPID機(jī)器人的作用是輔助檢測(cè)，是提高效率與質(zhì)量，節(jié)約成本并提升效益的重要工具。

3 航空維修中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1基于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的機(jī)械零部件特殊修理

在航空維修中，為了進(jìn)一步完成零部件缺陷環(huán)節(jié)低熱輸入焊接、表層尺寸恢復(fù)等任務(wù)，主要引用了激光熔覆技術(shù)與熱噴涂技術(shù)。因?yàn)榱悴考g外形存在較大差異，損傷部位也相對(duì)不同，這就直接加大了維修中激光熔覆或者噴槍精確定位的難度，但是通過(guò)工業(yè)機(jī)器人高度柔性化，能夠切實(shí)有效加以解決。

3.2基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的零部件外觀尺寸檢測(cè)維修

在飛機(jī)進(jìn)氣道防護(hù)柵維修時(shí)，需以目視的方式檢測(cè)大約10萬(wàn)小孔的裂縫，工作量非常大，此過(guò)程也很容易發(fā)生人為失誤，造成維修效率與質(zhì)量下降，進(jìn)而引發(fā)裂縫檢修遺漏現(xiàn)象，最終影響飛機(jī)維修質(zhì)量，威脅飛行安全。對(duì)此，基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行裂縫檢測(cè)，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)轉(zhuǎn)變目標(biāo)為圖像信號(hào)，傳輸?shù)綄Ｓ脠D像處理系統(tǒng)中，以圖像處理技術(shù)為輔助，自動(dòng)識(shí)別、標(biāo)記、存儲(chǔ)防護(hù)柵裂縫，并加以解決。在橡膠零部件檢測(cè)過(guò)程中，橡膠具備一定的彈性，直接阻礙了幾何尺寸測(cè)量工作的開(kāi)展，落實(shí)效率也相對(duì)偏低。而利用OGP影像測(cè)量系統(tǒng)，其中集中了精密光學(xué)技術(shù)、先進(jìn)電子技術(shù)、軟件多元化功能、精密機(jī)械等，能夠精確化顯示零部件影像，從而提高測(cè)量的精準(zhǔn)性。此系統(tǒng)通過(guò)機(jī)器視覺(jué)與圖像處理技術(shù)，能夠進(jìn)行橡膠零部件非接觸式測(cè)量，所獲數(shù)據(jù)信息也十分詳細(xì)，切實(shí)解決了橡膠零部件測(cè)量準(zhǔn)確性與快速性明顯不足的問(wèn)題。

3.3基于全向移動(dòng)技術(shù)的飛機(jī)大型零部件運(yùn)輸裝配

在航空維修中，一些大部件運(yùn)輸裝配一直都是難以解決的關(guān)鍵性問(wèn)題，其過(guò)程與配套工裝調(diào)整之間的對(duì)接需要耗費(fèi)很多時(shí)間。因此，利用全向移動(dòng)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)輸裝配全向車研發(fā)。此車?yán)昧怂俣人欧?、多軸運(yùn)動(dòng)精確性控制、無(wú)源無(wú)線等先進(jìn)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛平面的自由度任意方向移動(dòng)，當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在航空維修工廠作業(yè)中的發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載部附件、武器裝備系統(tǒng)等運(yùn)輸裝配中的廣泛應(yīng)用，并獲得了良好效果。

3.4基于機(jī)器人技術(shù)的航空飛機(jī)自動(dòng)化噴漆與除漆

在我國(guó)新型戰(zhàn)機(jī)服役中，其隱身涂層具有一定的獨(dú)特性，在噴漆與除漆方面要求都非常嚴(yán)格，航空維修既有工藝方法與人工作業(yè)模式難以完成。對(duì)此，引進(jìn)并吸收以機(jī)器人技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化噴漆與除漆方式已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，以此保證航空維修工作的順利開(kāi)展。

3.5基于機(jī)器人技術(shù)的航空飛機(jī)零部件精密化打磨

在航空維修中，很多零件在投入使用一定時(shí)間之后，會(huì)出現(xiàn)劃傷或者腐蝕等表層缺陷，需要人工打磨加以去除干凈，其中小型零部件處理難度并不大，而大型零部件，即座艙蓋覆蓋件，其對(duì)打磨之后的厚度均勻性要求非常高，處理時(shí)不僅勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)于工人技術(shù)能力要求也非常高。因此，基于機(jī)器人提高作業(yè)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，將會(huì)是后續(xù)機(jī)器人技術(shù)主要研究方向。

4 機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

初始時(shí)期，只期望通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行飛機(jī)表層檢測(cè)，但是后續(xù)又希望可以通過(guò)涂層技術(shù)微型化實(shí)現(xiàn)測(cè)試與維修，最終目標(biāo)則是優(yōu)化航空維修模式，提高維修效率與質(zhì)，加快維修速度。而且在機(jī)器人實(shí)現(xiàn)在維修領(lǐng)域應(yīng)用方面，最大的難題是縮小比例，航空飛機(jī)的構(gòu)造比較復(fù)雜，機(jī)器人需要通過(guò)一些比較細(xì)小的管道，并且可以機(jī)動(dòng)或無(wú)線通信，自由安全進(jìn)出飛機(jī)機(jī)身。就短期而言，航空領(lǐng)域可以在機(jī)器人上受益的主要是通過(guò)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)庫(kù)存與工具優(yōu)化管理，例如亞巴遜公司的點(diǎn)貨機(jī)器人。相關(guān)航空領(lǐng)域也在自主研發(fā)運(yùn)動(dòng)式機(jī)器人，計(jì)劃將其應(yīng)用到機(jī)翼生產(chǎn)廠進(jìn)行工具與零部件傳遞。

5 航空維修中的機(jī)器人關(guān)鍵性技術(shù)發(fā)展

5.1機(jī)器視覺(jué)技術(shù)

所謂機(jī)器視覺(jué)技術(shù)實(shí)際上就是機(jī)器人技術(shù)與照相測(cè)量技術(shù)的有機(jī)融合。在航空維修時(shí)，因?yàn)榇嬖诖罅磕恳暀z查工作，對(duì)于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的需要相對(duì)更迫切。就理論角度來(lái)講，所有需要目視檢查的內(nèi)容都能夠利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)，并且工作效率與質(zhì)量相對(duì)較高，特別是工作效率，能夠顯著提升。其中所關(guān)聯(lián)的圖像處理與軟件開(kāi)發(fā)定制是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的關(guān)鍵所在，需要著重進(jìn)行突破。

5.2快速逆向測(cè)量技術(shù)

在大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人操作中，只有以目標(biāo)產(chǎn)品的外形數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡與路徑的詳細(xì)計(jì)算，然而在航空維修中，因?yàn)樯嫌纹髽I(yè)技術(shù)被封鎖，許多目標(biāo)產(chǎn)品原始圖紙與數(shù)字幾何模型的雙層缺陷。在此形勢(shì)下，只能利用專業(yè)的逆向測(cè)量設(shè)施設(shè)備，針對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品外形進(jìn)行快速逆向測(cè)量，從而獲得數(shù)字幾何外形數(shù)據(jù)。而基于快速逆向數(shù)據(jù)處理與編輯技術(shù)獲得科學(xué)有效的合格三維數(shù)學(xué)幾何模型，是一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)。

5.3離線編程與仿真技術(shù)

機(jī)器人最終執(zhí)行是以程序驅(qū)動(dòng)為載體的，傳統(tǒng)的示教變成精確度較差，效率也非常低，根本不能和目標(biāo)產(chǎn)品數(shù)字幾何模型之間實(shí)現(xiàn)順利銜接，在復(fù)雜的航空產(chǎn)品定制維修時(shí)，使用也備受限制。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的精確化與柔性化控制，進(jìn)一步滿足實(shí)際應(yīng)用中的限制性要求，避免出現(xiàn)各式各樣的影響與相互碰撞，并顯著提高編程效率與水平，需要深化對(duì)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的應(yīng)用探索。

5.4高精度測(cè)量定位技術(shù)

在航空維修特定流程中，即整機(jī)噴漆與除漆，作業(yè)區(qū)域范圍較大，遠(yuǎn)超主流工業(yè)機(jī)器人的工作范圍，但是對(duì)于精確度要求很高，而既有工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)定位精確度相對(duì)較低，難以滿足作業(yè)中對(duì)空間定位精確度的相關(guān)要求，所以，應(yīng)利用高精度測(cè)量裝置指引機(jī)器人末端執(zhí)行器，以此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行伺服控制。當(dāng)前，除利用傳統(tǒng)激光跟蹤儀器之外，還應(yīng)用了室內(nèi)GPS技術(shù)，其非常適合進(jìn)行大尺寸測(cè)量，能夠在整個(gè)作業(yè)區(qū)域內(nèi)構(gòu)建測(cè)量場(chǎng)，還能夠就現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，添加機(jī)器人，但是不需耗費(fèi)額外成本，能夠有效減少固定工裝投入成本。

6 結(jié)語(yǔ)

航空維修不同于航空制造，在引進(jìn)機(jī)器人技術(shù)時(shí)，不能單純照搬照抄，盲目追求最新、最先進(jìn)技術(shù)，而是應(yīng)該著重探究既有的發(fā)展成熟的機(jī)器人技術(shù)，即機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器人智能提舉系統(tǒng)等等，并在航空維修中尋求最佳適用區(qū)域，這樣一來(lái)，才能夠不斷擴(kuò)大機(jī)器人技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用深度。盡管當(dāng)下航空維修領(lǐng)域的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用依舊處于初步發(fā)展階段，但是也已經(jīng)有很多相對(duì)成功的案例不斷出現(xiàn)，這就直接說(shuō)明了機(jī)器人技術(shù)在航空領(lǐng)域中的廣闊發(fā)展前景。在未來(lái)，航空維修市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)進(jìn)一步升級(jí)，基于先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，提高企業(yè)綜合實(shí)力，已經(jīng)成為航空維修行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。