流水线上的“新员工”

韩铖熹

在不断推进的流水线上，颇具科幻感的机械臂，于电光火石之间装配好一个又一个产品……这是新闻中常出现的场景。从20世纪60年代开始，随着技术的迅速发展，工业机器人的应用领域越来越广、应用程度愈来愈深。汽车制造就是最典型的一个例子，从毛坯制造到机械加工，从焊接到打磨，从表面热处理到喷漆，工业机器人几乎参与了每一个生产环节。

与汽车工业相比，航空工业显得有些神秘，但作为集众多先进技术于一身的高端复杂制造业，航空工业一样少不了各种先进的工业机器人。与一般的制造业不同的是，航空产品具有尺寸大、载荷重、材料特殊、结构复杂、性能指标精度高等特点。因此，航空工业使用的机器人，其形态与传统产业使用的机器人有所不同，工作能力也独具特色。

又快又好的打孔机

在飞机装配中，钻铆是一项基础性工作。传统的手工制孔面临着时间长、精度低、质量控制难等问题，所以很早就有公司尝试使用自动化技术。但是，一般的工业机器人制孔精度达不到飞机制造的要求。

经过多年探索，波音、空客等飞机制造商已经开发出性能优异的制孔机器人。如今，飞机生产线上的制孔机器人已经将单个钻铆时间从原来的每钉15秒变为每钉3秒，再算上衔接时间，制孔效率可以达到人工的6～10倍。同时，钻铆的位置控制也更加精准，如美国EI公司在其自主研发的机器人自动钻铆设备中使用了精度补偿技术，使定位精度达到±0.25毫米。

为了进一步提高效率，人们还改变思路，不再一味追求单个机械臂的能力全面，转而设计了环绕机身的导轨系统，让“打孔机”在导轨上做圆周运动。这种技术最早由空客研发，现在广泛应用于航空领域。该系统一般由柔性导轨、末端执行器、检测及标定系统组成，其工作原理是——将柔性导轨吸附在筒形机身上，导轨上装有钻铆机器人，机器人在导轨上爬行并自动钻孔。

一条生产线上可以分段配置多个导轨，每根导轨上安装若干个钻铆机器人，使整个钻铆工作得以有条不紊地进行。利用环形导轨不仅能有效减少钻铆机的数量，避免刀具过热，延长刀具寿命，还可以消除复合材料钻孔中的分层以及金属钻孔中的毛刺，获得更高的表面光洁度，减少材料中的碎屑损伤。未来，环形导轨将可能沿着机身轴线前后移动，这样每个钻铆机器人都可以对机身任何一个角落打孔。

天衣无缝的对接

飞机部段上好铆钉之后，接下来就要进行焊接和胶接的工作了，在这两种加工方式中，机器人技术也得到了广泛应用。目前，点焊、弧焊、激光焊等常见的焊接工艺都使用机器人。比如，飞机发动机短舱的焊接就可以利用机器人完成操作。

航空制造业中有大量的涂胶和注胶工作。采用机器人进行涂胶和点胶，可以显著提高效率，大幅降低成本。为了确保飞机各部件无缝对接，通过精加工把零部件边缘修整平滑是非常重要的。过去，飞机壁板修边是采用手工或笨重的切边机进行的，现在这道工序已经用上了机器人，能更高效、更便捷、更精准地完成零组件的切边。此外，火焰切割、等离子切割和激光切割等技术也都实现了机器人化。

切割之后的去毛刺、磨削、抛光等工作，过去主要采用手工方式，工人的劳动强度很大，零部件重修率高。现在利用机器人系统的计算能力，对零部件表面进行建模仿真，不但快速、精确，而且可以识别人眼无法分辨的瑕疵。同时，系统还可以合理规划精整工作程序，控制机器人在零部件表面进行处理。机器人应用力反馈系统，对工作时的力量输出进行调整，防止对零部件造成损伤。

不知疲倦的搬运工

飞机是由上百万个零部件组成的大家伙，在总装过程中，零部件的搬运往往是个大问题。如今，无论是小铆钉的长距离运输，还是大部段的精确移动，机器人都在其中大显身手。

机器人辅助移动平台可以极大地提高飞机部件的运输和装配效率。目前，这类平台主要有两种：一种是利用AGV（自动导引小车）实现大范围搬运。安装了机器人手臂的AGV，在iGPS（室内GPS）系统的导引下，可以快速到达指定位置，准确抓取零部件并运送到目标位置。另一种是将高精度测量设备和工业机器人相结合，在夹持工件上设置关键测量点，用高精度测量设备对其运动状态、位姿等进行监控，机器人按预定的轨迹被装配工件移动到位。波音787的D-NOSE组件在钻铆机上就是采用机器人进行搬运的。

空客在装配A380时，必须运送长15米、重90吨的飞机部件，高载荷、高精度的要求和有限的厂房空间对运送任务提出了很高的挑战。为此，空客使用了德国KUKA公司制造的两辆高性能移动式omniMove重载型运输车。这种特殊车辆具有专门设计的全向轮，每个轮子都能独立转动，因此可以从停止状态朝任意方向平移或转向，具有很高的机动性。

另一方面，精确的控制系统保证了每一次移动和转向都能实现毫米级精度，有效消除了有限空间内的碰撞隐患。毫不夸张地说，omniMove为A380这种世界上最大的商用飞机出厂立下了汗马功劳。

飞机维修的好帮手

波音777这样的大型宽体客机，其垂直尾翼离地高度达到18.5米，超过6层楼，即使是机身离地高度也有3层楼，使得飞机的日常检查和维修具有较高的难度。如果采用人工方式对波音777进行检查，需要使用升降梯将工作人员抬升，有一定的危险性。为此，新西兰航空公司采用一种爬墙式摄影机器人进行机体检查。这种由Invert Robotics公司设计的机器人，最初用于检查大型牛奶罐。

这种机器人使用独特的履带附着技术，可以行走在不锈钢、铝、复合材料等光滑的材料表面，对机体的各个角落进行巡视。同时，机器人搭载的高清摄像头可以分辨很多肉眼容易忽视的雷击点和裂纹等损伤，工作人员只需在地面屏幕上查看由机器人传回的高分辨率图像即可。此前，一些航空公司曾考虑用无人机进行机体检查，但鉴于覆盖范围和辨识精度等方面的原因，最后证明爬行机器人更适用于无损检测。

与飞机外部不同，飞机机身内部有很多不易接近的地方，比如机头部位的电子电气舱（EE舱），由于空间狭窄，人工维护非常不便，这时候一种带吸盘的机器人就成了很好的幫手，它可以轻松地爬行到目标区域，而且不受诸如高温、缺氧等恶劣环境的影响。机器人到达指定区域后，将采集到的数据及时传回后方控制室，由工作人员进行核查。

在后勤保障方面，机器人也在发挥着越来越重要的作用。德国汉莎技术公司是一家大型飞机维修企业，从2011年起陆续投入300万欧元研发了一款机器人，用于自动仓储和检索系统，并将其命名为Auto Store。Auto Store采用紧凑仓储的概念，搭建立体框架结构，将飞机备件放在最优位置，由自动机器人根据计划按需抓取，极大地提高了仓储密度和周转效率。

目前，在汉莎技术位于德国汉堡的维修厂房中，已有19台机器人“奔跑”在铝制格架上，不知疲倦地执行小部件仓储和接收工作。利用Auto Store系统，汉堡仓库节省了50%的空间，24 000个格架仅占地700平方米，可以存放215 000个部件。