大部件高精度裝配機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)策略探討

趙森

摘要：在實(shí)際落實(shí)大部件高精度裝配工作期間，具有較大的工作難度，為了能夠有效解決各項(xiàng)問(wèn)題，需要全方位提升裝配自動(dòng)化的情況，特別是要提高大部件裝配率、精度。而要完成這些情況，需要充分運(yùn)用大部件高精度機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，明確多種技術(shù)提升各項(xiàng)功能，如數(shù)字化的測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等等，從而為此項(xiàng)工作提供硬件系統(tǒng)支持。

關(guān)鍵詞：大部件;高精度;裝配;內(nèi)燃機(jī);機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0217-02

0? 引言

能否正確應(yīng)用大部件高精度裝配機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于能否解決各項(xiàng)技術(shù)難題具有決定性作用。故有關(guān)工作者在開(kāi)展工作時(shí)與裝配需求相配合，開(kāi)展有效的工作，同時(shí)深入研究機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，在保證大部件裝配精度、效率、安全性的同時(shí)，為此項(xiàng)工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。由于裝配生產(chǎn)過(guò)程中，工件的尺寸大，質(zhì)量高，易導(dǎo)致機(jī)器人變形，通過(guò)著重開(kāi)展高精度測(cè)量等多項(xiàng)工作，做好各項(xiàng)管控工作，為后續(xù)提升各個(gè)環(huán)節(jié)順利開(kāi)展裝配工作清除障礙。本文從大部件高精度裝配機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀入手，展開(kāi)闡述，針對(duì)如何正確應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入探討。

1? 大部件高精度裝配機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用

伴隨工業(yè)的不斷進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代各工業(yè)領(lǐng)域，如船業(yè)、航空業(yè)等等，均需要用到很多大尺寸工業(yè)產(chǎn)品，尺寸越大裝配精度也越高。但由于傳統(tǒng)人工裝配方式操作比較復(fù)雜，再加上效率低，容易發(fā)生事故等等，無(wú)法滿(mǎn)足目前大部件裝配精度、安全性等要求，當(dāng)前正被高精度的裝配機(jī)器人技術(shù)所取代。但因?yàn)轱w機(jī)的大部件對(duì)于精度要求非常高，而且由于剛性比較差，裝配路徑復(fù)雜等等，使用高精度裝配機(jī)器人所涉及了系列關(guān)鍵技術(shù)，如高精度測(cè)量的輔助裝配技術(shù)、定位技術(shù)等等，仍存在一些問(wèn)題。

第一，系統(tǒng)對(duì)各裝配部件有著極高精度要求，由于機(jī)器人需要重復(fù)定位，對(duì)精度要求比較高，所以“精度”一直以來(lái)都是系統(tǒng)所要重視的關(guān)鍵點(diǎn)。但在工作過(guò)程中，過(guò)度依賴(lài)機(jī)器人的自主定位功能，裝配過(guò)程中無(wú)法達(dá)到良好的高精度需求?；诖耍鸵Y(jié)合實(shí)際狀況，充分應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)，以滿(mǎn)足各需求為標(biāo)準(zhǔn)，全方位提高大部件裝配階段下的精度測(cè)量。同時(shí)，需要分析設(shè)備常用的信息數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)行分析，如要在怎樣有效提升高位姿計(jì)算精度、怎樣提升裝配精度等多個(gè)方面進(jìn)行深層次研究。

第二，通過(guò)對(duì)各種不同功能作用的大部件開(kāi)展細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)大部件的重量較大，在裝配時(shí)，容易導(dǎo)致變性。如果只是考慮部件的理論或是實(shí)際測(cè)量得出的數(shù)據(jù)來(lái)開(kāi)展裝配工作，極易產(chǎn)生較大的姿態(tài)計(jì)算誤差，進(jìn)而就會(huì)對(duì)最終的裝配精度造成影響[1]。如果沒(méi)有意識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重，沒(méi)有及時(shí)處理問(wèn)題，就會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生碰撞問(wèn)題。因此，在對(duì)大部件進(jìn)行裝配期間，就要認(rèn)識(shí)到極易變形這一問(wèn)題的嚴(yán)重性，之后通過(guò)對(duì)具體的裝配順序進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，全面提升大部件裝配過(guò)程中的安全性與有效性。

三是大部件對(duì)自身交點(diǎn)之間的配合精度具有較高要求，特別是在裝配期間比較重要的交點(diǎn)孔的裝配精度而言（如圖1所示），具體提出的要求會(huì)更高一些。通常狀況下，系統(tǒng)中大部件有多種交點(diǎn)，數(shù)量多且跨度大。為了能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行裝配期間，如要最大程度上保證的種類(lèi)復(fù)雜、形式多樣化的大部件，能夠進(jìn)行精確定位，從而為后續(xù)提升裝配效率和整體系統(tǒng)運(yùn)行安全性奠定基礎(chǔ)。

2? 大部件高精度裝配機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)策略

制造業(yè)是我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)支柱型產(chǎn)業(yè)，也是國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。航空工業(yè)更是國(guó)防安全的戰(zhàn)略基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。航空制造業(yè)技術(shù)水平以及生產(chǎn)能力，可有效反映國(guó)家制造業(yè)實(shí)力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)防現(xiàn)代中有不可替代的作用。例如，飛機(jī)制造過(guò)程可分成零件加工、毛坯加工、裝配安裝等不同階段。因?yàn)轱w機(jī)的零件、部件數(shù)量非常多，外形結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，外形準(zhǔn)確度以及部件間協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度要求也非常高。所以在裝配時(shí)，對(duì)于精度要求高且勞動(dòng)量大，且技術(shù)難度大等等。有統(tǒng)計(jì)顯示，飛機(jī)制造中，裝配工作量點(diǎn)50%左右，成本占到制造成本的二分之一，周期占飛機(jī)制造周期的百分之五十。所以在飛機(jī)裝配中，總體的飛機(jī)制造中最關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于最后的裝配情況、成本等，均起到十分關(guān)鍵的作用，可有效提升飛機(jī)裝配技術(shù)水平，對(duì)飛機(jī)制造業(yè)發(fā)展有十分重要意義。

2.1 保證內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行

大部件高精度裝配機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行期間，是由多種不同功能作用的裝置組合而成，其中內(nèi)燃機(jī)就是其中非常重要的一項(xiàng)裝置。通過(guò)對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要就是將液體、氣體等多種燃料與空氣進(jìn)行混合，之后直接將其輸入到氣缸內(nèi)部的高壓燃燒室進(jìn)行燃燒，以此來(lái)爆發(fā)產(chǎn)生生產(chǎn)力。除此之外，內(nèi)燃機(jī)也能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，其屬于熱機(jī)的范疇。大部件高精度裝配機(jī)器人想要穩(wěn)定運(yùn)行，就要保證內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)期處于安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，在滿(mǎn)足智能制造要求的基礎(chǔ)上，逐步減少勞動(dòng)力成本，從而提升創(chuàng)設(shè)更加充足的生產(chǎn)動(dòng)力。

2.2 大部件裝配粗定位技術(shù)策略

在實(shí)際開(kāi)展大部件裝配工作期間，最重要的就是要大部件實(shí)際的位姿進(jìn)行測(cè)量，之后將其具體的測(cè)量結(jié)果與理論位進(jìn)行比較，通過(guò)此種方式來(lái)進(jìn)一步明確在裝配過(guò)程中，實(shí)際旋轉(zhuǎn)量、平移量。例如，對(duì)于一些剛性好且精度高的部件，可通過(guò)正確的測(cè)量方式完成裝配工作，達(dá)到正確大部件姿態(tài)的目的，之后嚴(yán)格按照要求做好裝配工作。但是對(duì)于存在制造誤差、裝配誤差、自身變形等多項(xiàng)問(wèn)題的大部件，在實(shí)際開(kāi)展裝配工作期間，通常都是要以應(yīng)用高精度數(shù)字化測(cè)量設(shè)備的方式為主，來(lái)落實(shí)該種類(lèi)型大部件的姿態(tài)測(cè)量工作，同時(shí)還要做好粗定位，有助于進(jìn)一步提升大部件裝配效率和裝配安全。如在對(duì)接飛機(jī)部件過(guò)程中，部位定位要根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行明顯，采用輔助裝配技術(shù)完成定位工作。參照裝配所用的模型時(shí)，參考測(cè)量的裝配對(duì)象。

將三坐標(biāo)支撐柱最為基礎(chǔ)條件，對(duì)大型剛體位姿調(diào)整系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)際上是可以將其最終的效果等同于6自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的功能作用。采用激光追蹤儀獲取部件各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)比理論數(shù)值后可獲取精確大型剛體在裝配坐標(biāo)中的空間位置。如果將其作為依據(jù)，能夠更加明確認(rèn)知其與理論裝配位姿之間存在的實(shí)際差距。

在實(shí)際開(kāi)展將激光追蹤儀器作為基礎(chǔ)依據(jù)，對(duì)數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)仿真時(shí)，在實(shí)際裝配時(shí)，需要詳細(xì)描述系統(tǒng)裝模型實(shí)際位置。如大部件運(yùn)動(dòng)空間直接定義為裝配坐標(biāo)，合理、科學(xué)和部件連固。對(duì)于實(shí)際的大部件位姿變化狀況而言，主要就是由3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)在裝配坐標(biāo)系中坐標(biāo)連續(xù)信息描述。在此期間，在構(gòu)建坐標(biāo)系的過(guò)程中，就要詳細(xì)描述和規(guī)定裝配部件的位姿、隨動(dòng)定位裝置的位姿，之后采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，利用函數(shù)庫(kù)的內(nèi)容開(kāi)發(fā)采集模塊控制測(cè)量?jī)x器。同時(shí)在實(shí)時(shí)測(cè)量以及產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)計(jì)算出大部件裝配位姿，通過(guò)對(duì)具有先進(jìn)性的軟件平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用，開(kāi)發(fā)可視化模塊，達(dá)到良好的仿真目的。在定位過(guò)程中，考慮測(cè)量靈活性、精度均較高，那么就要進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。

2.3 大部件裝配精定位技術(shù)

通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行分析，由于大部件自重大，變形問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)。故面對(duì)變形時(shí)，需要找到基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量，計(jì)算調(diào)整定位的方式，其更適用于對(duì)大部件進(jìn)行粗定位[3]。

一是基于力控制的控制策略。此種類(lèi)型的機(jī)器人自動(dòng)化裝配控制，主要將及處理的大小作為核心依據(jù)，主要就是對(duì)機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制。首先是阻力控制，將其充分應(yīng)用到表達(dá)大部件高精度裝配控制過(guò)程中，以此來(lái)防止在對(duì)大部件進(jìn)行裝配期間，因?yàn)檠b配位置存在誤差，而對(duì)工件早造成嚴(yán)重的損害[4]。設(shè)計(jì)完成之后，做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，有效控制好機(jī)器人完成裝配的動(dòng)作，能夠?yàn)楦咝瓿蓹C(jī)密的裝配動(dòng)作提供保障。同時(shí)，做好混合控制的工作，做好基礎(chǔ)力度的控制，全方位結(jié)合位置控制優(yōu)勢(shì)開(kāi)展有效的分析。考慮位置控制不會(huì)受方向影響，使用混合控制發(fā)揮其本身的作用，把力均勻分布于不同自由度上，計(jì)算好機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩，可有效提升裝配效果。在落實(shí)裝配工作期間，如果需要進(jìn)行裝配的物體之間的距離比較遠(yuǎn)，那么就要對(duì)位置控制方式充分應(yīng)用，在合理規(guī)劃?rùn)C(jī)器人行駛路線(xiàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升裝配效率。并且做好高級(jí)控制，以傳統(tǒng)方法為基礎(chǔ)，融合創(chuàng)新技術(shù)及基礎(chǔ)控制法。

二是以視覺(jué)傳感器為基礎(chǔ)開(kāi)展[5]?？紤]傳統(tǒng)力傳感器方法，滿(mǎn)足裝配對(duì)精度的需求，以視覺(jué)傳感器為基礎(chǔ)開(kāi)展有效的控制。在將其最為基礎(chǔ)條件的同時(shí)，全面融合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)，形成強(qiáng)而有力的自動(dòng)化特點(diǎn)。分析機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其涉及的領(lǐng)域非常多，如圖像處理、AI技術(shù)等等，主要就是對(duì)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)防范進(jìn)行應(yīng)用，具有容易集成信息、成本低、算法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，此種控制策略被工業(yè)制造行業(yè)充分應(yīng)用。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了能夠保證實(shí)際設(shè)計(jì)的大部件高精度裝配機(jī)器人系統(tǒng)具有安全穩(wěn)定性，就要對(duì)保證最終布設(shè)的測(cè)量點(diǎn)具有合理性，同時(shí)還要保證實(shí)際裝配的準(zhǔn)確性，通過(guò)大部件高精度裝配機(jī)器人有效運(yùn)用關(guān)鍵技術(shù)，解決不同問(wèn)題。同時(shí)要根據(jù)不同裝配階段對(duì)精度進(jìn)行要求，選擇和其對(duì)應(yīng)控制方法，在精度自動(dòng)調(diào)整功能上充分發(fā)揮作用，全方位提高裝配間的安全及可靠性。

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