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摘要：当前飞机的机械连接方式以铆接为主，传统的装配过程是由人工进行制孔和铆接，装配质量难以保证，且加工效率低，已经无法满足现代飞机长寿命、低成本、快速生产等要求。伴随我国航空工业的发展，传统的飞机制造手段已无法与时俱进，飞机结构装配领域对自动化的需求日益增多。基于工业机器人的自动装配系统已经在飞机柔性化、数字化装配中得到了应用，协作机器人凭借其诸多优点，也开始得到人们的重视，将协作机器人用于飞机结构装配已成为飞机制造领域的新发展趋势之一。
关键词：协作机器人;飞机结构装配;应用中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-019
前言
当前国外已探索将协作机器人应用于飞机结构装配，用于解决在狭小空间、噪声、振动、气味等有害健康环境下的工作问题，并通过人机协作方式、利用协作机器人的灵活性与示教功能，实现人工引导机器人进行半自动制孔、连接、及测量操作等。
1飞机结构装配及其特点
飞机结构装配是将大量的飞机结构零件、标准件，按照图纸和技术条件的要求，遵循一定的方法和顺序，逐步装配成飞机组合件、部件、段件的过程。飞机结构装配具有产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多的特点。装配协调关系复杂，需要采用合理的协调方法保证产品的装配准确度;装配需要采用大量的装配工艺装备进行产品的定位、检查，关键部位（如对合孔、面）要采用精加工的方法消除零件、装配的误差积累。传统的自动化设备和工业机器人的应用，可以对飞机结构装配的效率和质量产生一定促进，但在一些需要人工预先干预的工作环节，如一些协调位置的制孔、安装和测量，则需要更先进的协作机器人与人工共同协作完成。飞机结构装配常用的连接形式是铆接，从飞机机体采用铝合金薄壁结构开始，就广泛地应用了铆接方法。铆接的工艺过程简单，连接强度稳定可靠，检查和排除故障容易，能适应于较复杂的结构的各种金属及非金属材料之间的连接。飞机结构装配中常用的铆接方式有普通铆接、密封铆接、干涉配合铆接、特种铆接等。
2飞机结构装配及其特点
飞机结构装配是将大量的飞机结构零件、标准件，按照图纸和技术条件的要求，遵循一定的方法和顺序，逐步装配成飞机组合件、部件、段件的过程。
飞机结构装配具有产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多的特点。装配协调关系复杂，需要采用合理的协调方法保证产品的装配准确度;装配需要采用大量的装配工艺装备进行产品的定位、检查，关键部位（如对合孔、面）要采用精加工的方法消除零件、装配的误差积累。传统的自动化设备和工业机器人的应用，可以对飞机结构装配的效率和质量产生一定促进，但在一些需要人工预先干预的工作环节，如一些协调位置的制孔、安装和测量，则需要更先进的协作机器人与人工共同协作完成。
飞机结构装配常用的连接形式是铆接，从飞机机体采用铝合金薄壁结构开始，就广泛地应用了铆接方法。铆接的工艺过程简单，连接强度稳定可靠，检查和排除故障容易，能适应于较复杂的结构的各种金属及非金属材料之间的连接。飞机结构装配中常用的铆接方式有普通铆接、密封铆接、干涉配合铆接、特种铆接等。
定位是依据产品图样，按画线、装配孔、基准零件或夹具定位器确定零件位置，这一步通常需要人工进行协调干预;确定孔位通常也需要人工预先干预，因为铆钉孔的边距、间距、排距都应符合图样中的规定;铆接的方式分为手铆、锤铆、压铆，常用的工具有风枪、顶把、压铆机等。通过自动化手段实现效果最好的是压铆方式。随着时代发展，为了改善劳动条件，提高生产效率、保证铆接质量，自动化铆接技术有了很大发展。如自动钻铆技术，集钻孔、锪窝、铆接于一体;另外还发展和采用通用的、专用的钻孔—锪窝装置，使手工风钻钻孔工作量不断减少。为了适应飞图1KUKALBRiiwa协作机器人机性能和技术要求的不断提高，增加连接的疲劳寿命，飞机结构装配采用了新型铆钉和新的铆接技术，如环槽铆钉、高抗剪铆钉、抽芯铆钉、钛合金铆钉的铆接和干涉配合铆接等，新材料和新技术的应用，对飞机结构装配的方式和使用工具提出更高的要求。
3协作机器人在飞机结构装配中的应用案例
3.1协作机器人用于辅助制孔
协作机器人的负载一般较小，配合重量较轻的制孔末端执行器，可以在一些待装配的结构件之间进行制孔，典型的制孔末端执行器是由压缩空气驱动的自动进给钻，一般称为“ADU”单元，在使用时需要配合钻模板并带有废屑收集装置，制孔范围一般小于50mm，可以在铝、复合材料、钛及硬金属材料上制孔。使用协作机器人配合ADU单元进行制孔，可达到H7级的制孔精度;在进行锪窝时，定位精度可达0.02mm;并可一次完成钻孔、铰孔和锪窝，简化工艺，提高工效。协作机器人辅助制孔的路径可以由程序提前设定，也可以在复杂的现场，由操作人员使用示教器进行设定，工作方式十分灵活。ADU单元的启停由程序控制，配合人机协作保护机制和防错程序，可有效保障操作者和加工产品的安全。
3.2协作机器人用于拧紧高锁螺栓
高锁螺栓，其全称为高抗剪自锁式螺栓，是利用螺栓的过盈量与螺母造成的干涉配合和较高的预紧力的组合作用来提高接头疲劳强度的一种螺栓。安装时螺栓从孔的一侧插入，在另一侧拧紧套环，当达到一定拧紧力矩后，套环从凹槽部位断裂。在传统的飞机结构装配中，通常使用手动拧紧高锁螺母，过程为：将限动扳手插入高锁螺母尾端六方孔内，使用工具拧紧螺母，套环螺母脱落，完成安装。高锁螺栓的安装是一项工作量极大的重复性劳动，并且在一些不易到达的位置，手动拧紧的工作方式非常不便。使用协作机器人配合电动拧紧工具，通过视觉引导的方式进行高锁螺栓的拧紧可大幅降低飞机结构装配中的人工需要，同时能解决一些狭小空间内的安装问题。
3.3协作机器人用于自动测量系统
自动测量系统是一种用于现场的三维测量，质量检验和数字化工程的测量系统。该系统可快速解决飞机结构装配生产过程中的尺寸测量问题。将协作机器人用于自动测量系统是一个柔性自动化测量解决方案。首先，由机械臂带动的三维测量传感器可以按照预设的路径进行产品扫描，不论被测物体的大小、复杂性和几何特征，均能获得丰富的尺寸信息。其次，使用机器人可以克服现场苛刻生产环境条件的影响，代替人工完成重复性的工作。
结束语
随着制造业工艺要求的提升，人机协作机器人将会具有越来越广泛的应用前景。协作机器人研发公司应根据市场及潜在需求调整战略布局及研发方向，以使其产品符合实际日益增长的生产需求。
参考文献
[1]程灿明.汽车总装工艺技術浅析[J].内燃机与配件，2019（15）：41-42.
[2]陈平，蒋佳桉，谭志强，等.汽车总装工艺技术应用趋势与研究[J].汽车实用技术，2016（3）：156-160.
（中航西飞制造工程部 陕西西安 710089）
关键词：协作机器人;飞机结构装配;应用中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-019
前言
当前国外已探索将协作机器人应用于飞机结构装配，用于解决在狭小空间、噪声、振动、气味等有害健康环境下的工作问题，并通过人机协作方式、利用协作机器人的灵活性与示教功能，实现人工引导机器人进行半自动制孔、连接、及测量操作等。
1飞机结构装配及其特点
飞机结构装配是将大量的飞机结构零件、标准件，按照图纸和技术条件的要求，遵循一定的方法和顺序，逐步装配成飞机组合件、部件、段件的过程。飞机结构装配具有产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多的特点。装配协调关系复杂，需要采用合理的协调方法保证产品的装配准确度;装配需要采用大量的装配工艺装备进行产品的定位、检查，关键部位（如对合孔、面）要采用精加工的方法消除零件、装配的误差积累。传统的自动化设备和工业机器人的应用，可以对飞机结构装配的效率和质量产生一定促进，但在一些需要人工预先干预的工作环节，如一些协调位置的制孔、安装和测量，则需要更先进的协作机器人与人工共同协作完成。飞机结构装配常用的连接形式是铆接，从飞机机体采用铝合金薄壁结构开始，就广泛地应用了铆接方法。铆接的工艺过程简单，连接强度稳定可靠，检查和排除故障容易，能适应于较复杂的结构的各种金属及非金属材料之间的连接。飞机结构装配中常用的铆接方式有普通铆接、密封铆接、干涉配合铆接、特种铆接等。
2飞机结构装配及其特点
飞机结构装配是将大量的飞机结构零件、标准件，按照图纸和技术条件的要求，遵循一定的方法和顺序，逐步装配成飞机组合件、部件、段件的过程。
飞机结构装配具有产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多的特点。装配协调关系复杂，需要采用合理的协调方法保证产品的装配准确度;装配需要采用大量的装配工艺装备进行产品的定位、检查，关键部位（如对合孔、面）要采用精加工的方法消除零件、装配的误差积累。传统的自动化设备和工业机器人的应用，可以对飞机结构装配的效率和质量产生一定促进，但在一些需要人工预先干预的工作环节，如一些协调位置的制孔、安装和测量，则需要更先进的协作机器人与人工共同协作完成。
飞机结构装配常用的连接形式是铆接，从飞机机体采用铝合金薄壁结构开始，就广泛地应用了铆接方法。铆接的工艺过程简单，连接强度稳定可靠，检查和排除故障容易，能适应于较复杂的结构的各种金属及非金属材料之间的连接。飞机结构装配中常用的铆接方式有普通铆接、密封铆接、干涉配合铆接、特种铆接等。
定位是依据产品图样，按画线、装配孔、基准零件或夹具定位器确定零件位置，这一步通常需要人工进行协调干预;确定孔位通常也需要人工预先干预，因为铆钉孔的边距、间距、排距都应符合图样中的规定;铆接的方式分为手铆、锤铆、压铆，常用的工具有风枪、顶把、压铆机等。通过自动化手段实现效果最好的是压铆方式。随着时代发展，为了改善劳动条件，提高生产效率、保证铆接质量，自动化铆接技术有了很大发展。如自动钻铆技术，集钻孔、锪窝、铆接于一体;另外还发展和采用通用的、专用的钻孔—锪窝装置，使手工风钻钻孔工作量不断减少。为了适应飞图1KUKALBRiiwa协作机器人机性能和技术要求的不断提高，增加连接的疲劳寿命，飞机结构装配采用了新型铆钉和新的铆接技术，如环槽铆钉、高抗剪铆钉、抽芯铆钉、钛合金铆钉的铆接和干涉配合铆接等，新材料和新技术的应用，对飞机结构装配的方式和使用工具提出更高的要求。
3协作机器人在飞机结构装配中的应用案例
3.1协作机器人用于辅助制孔
协作机器人的负载一般较小，配合重量较轻的制孔末端执行器，可以在一些待装配的结构件之间进行制孔，典型的制孔末端执行器是由压缩空气驱动的自动进给钻，一般称为“ADU”单元，在使用时需要配合钻模板并带有废屑收集装置，制孔范围一般小于50mm，可以在铝、复合材料、钛及硬金属材料上制孔。使用协作机器人配合ADU单元进行制孔，可达到H7级的制孔精度;在进行锪窝时，定位精度可达0.02mm;并可一次完成钻孔、铰孔和锪窝，简化工艺，提高工效。协作机器人辅助制孔的路径可以由程序提前设定，也可以在复杂的现场，由操作人员使用示教器进行设定，工作方式十分灵活。ADU单元的启停由程序控制，配合人机协作保护机制和防错程序，可有效保障操作者和加工产品的安全。
3.2协作机器人用于拧紧高锁螺栓
高锁螺栓，其全称为高抗剪自锁式螺栓，是利用螺栓的过盈量与螺母造成的干涉配合和较高的预紧力的组合作用来提高接头疲劳强度的一种螺栓。安装时螺栓从孔的一侧插入，在另一侧拧紧套环，当达到一定拧紧力矩后，套环从凹槽部位断裂。在传统的飞机结构装配中，通常使用手动拧紧高锁螺母，过程为：将限动扳手插入高锁螺母尾端六方孔内，使用工具拧紧螺母，套环螺母脱落，完成安装。高锁螺栓的安装是一项工作量极大的重复性劳动，并且在一些不易到达的位置，手动拧紧的工作方式非常不便。使用协作机器人配合电动拧紧工具，通过视觉引导的方式进行高锁螺栓的拧紧可大幅降低飞机结构装配中的人工需要，同时能解决一些狭小空间内的安装问题。
3.3协作机器人用于自动测量系统
自动测量系统是一种用于现场的三维测量，质量检验和数字化工程的测量系统。该系统可快速解决飞机结构装配生产过程中的尺寸测量问题。将协作机器人用于自动测量系统是一个柔性自动化测量解决方案。首先，由机械臂带动的三维测量传感器可以按照预设的路径进行产品扫描，不论被测物体的大小、复杂性和几何特征，均能获得丰富的尺寸信息。其次，使用机器人可以克服现场苛刻生产环境条件的影响，代替人工完成重复性的工作。
结束语
随着制造业工艺要求的提升，人机协作机器人将会具有越来越广泛的应用前景。协作机器人研发公司应根据市场及潜在需求调整战略布局及研发方向，以使其产品符合实际日益增长的生产需求。
参考文献
[1]程灿明.汽车总装工艺技術浅析[J].内燃机与配件，2019（15）：41-42.
[2]陈平，蒋佳桉，谭志强，等.汽车总装工艺技术应用趋势与研究[J].汽车实用技术，2016（3）：156-160.
（中航西飞制造工程部 陕西西安 710089）