大部件高精度装配机器人关键技术策略探讨

赵森

摘要：在实际落实大部件高精度装配工作期间，具有较大的工作难度，为了能够有效解决各项问题，需要全方位提升装配自动化的情况，特别是要提高大部件装配率、精度。而要完成这些情况，需要充分运用大部件高精度机器人的关键技术，明确多种技术提升各项功能，如数字化的测量技术、计算机技术等等，从而为此项工作提供硬件系统支持。

关键词：大部件;高精度;装配;内燃机;机器人关键技术

中图分类号：TP242.6                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）08-0217-02

0  引言

能否正确应用大部件高精度装配机器人关键技术，对于能否解决各项技术难题具有决定性作用。故有关工作者在开展工作时与装配需求相配合，开展有效的工作，同时深入研究机器人关键技术，在保证大部件装配精度、效率、安全性的同时，为此项工作提供理论基础和技术支撑。由于装配生产过程中，工件的尺寸大，质量高，易导致机器人变形，通过着重开展高精度测量等多项工作，做好各项管控工作，为后续提升各个环节顺利开展装配工作清除障碍。本文从大部件高精度装配机器人关键技术应用现状入手，展开阐述，针对如何正确应用该项技术进行深入探讨。

1  大部件高精度装配机器人关键技术运用

伴随工业的不断进步与科学技术的发展，现代各工业领域，如船业、航空业等等，均需要用到很多大尺寸工业产品，尺寸越大装配精度也越高。但由于传统人工装配方式操作比较复杂，再加上效率低，容易发生事故等等，无法满足目前大部件装配精度、安全性等要求，当前正被高精度的装配机器人技术所取代。但因为飞机的大部件对于精度要求非常高，而且由于刚性比较差，装配路径复杂等等，使用高精度装配机器人所涉及了系列关键技术，如高精度测量的辅助装配技术、定位技术等等，仍存在一些问题。

第一，系统对各装配部件有着极高精度要求，由于机器人需要重复定位，对精度要求比较高，所以“精度”一直以来都是系统所要重视的关键点。但在工作过程中，过度依赖机器人的自主定位功能，装配过程中无法达到良好的高精度需求。基于此，就要结合实际状况，充分应用先进的测量技术，以满足各需求为标准，全方位提高大部件装配阶段下的精度测量。同时，需要分析设备常用的信息数据参数，进行分析，如要在怎样有效提升高位姿计算精度、怎样提升装配精度等多个方面进行深层次研究。

第二，通过对各种不同功能作用的大部件开展细致分析，发现大部件的重量较大，在装配时，容易导致变性。如果只是考虑部件的理论或是实际测量得出的数据来开展装配工作，极易产生较大的姿态计算误差，进而就会对最终的装配精度造成影响[1]。如果没有意识到问题的严重，没有及时处理问题，就会进一步产生碰撞问题。因此，在对大部件进行装配期间，就要认识到极易变形这一问题的严重性，之后通过对具体的装配顺序进行优化和调整，全面提升大部件装配过程中的安全性与有效性。

三是大部件对自身交点之间的配合精度具有较高要求，特别是在装配期间比较重要的交点孔的装配精度而言（如图1所示），具体提出的要求会更高一些。通常状况下，系统中大部件有多种交点，数量多且跨度大。为了能够满足标准要求进行装配期间，如要最大程度上保证的种类复杂、形式多样化的大部件，能够进行精确定位，从而为后续提升装配效率和整体系统运行安全性奠定基础。

2  大部件高精度装配机器人关键技术策略

制造业是我们国家经济支柱型产业，也是国家综合国力的体现。航空工业更是国防安全的战略基础产业。航空制造业技术水平以及生产能力，可有效反映国家制造业实力，在国民经济以及国防现代中有不可替代的作用。例如，飞机制造过程可分成零件加工、毛坯加工、装配安装等不同阶段。因为飞机的零件、部件数量非常多，外形结构也比较复杂，外形准确度以及部件间协调准确度要求也非常高。所以在装配时，对于精度要求高且劳动量大，且技术难度大等等。有统计显示，飞机制造中，装配工作量点50%左右，成本占到制造成本的二分之一，周期占飞机制造周期的百分之五十。所以在飞机装配中，总体的飞机制造中最关键的一个问题，对于最后的装配情况、成本等，均起到十分关键的作用，可有效提升飞机装配技术水平，对飞机制造业发展有十分重要意义。

2.1 保证内燃机稳定运行

大部件高精度装配机器人在实际运行期间，是由多种不同功能作用的装置组合而成，其中内燃机就是其中非常重要的一项装置。通过对内燃机进行分析，发现其主要就是将液体、气体等多种燃料与空气进行混合，之后直接将其输入到气缸内部的高压燃烧室进行燃烧，以此来爆发产生生产力。除此之外，内燃机也能够将内能转化为机械能，其属于热机的范畴。大部件高精度装配机器人想要稳定运行，就要保证内燃机长期处于安全稳定运行状态，在满足智能制造要求的基础上，逐步减少劳动力成本，从而提升创设更加充足的生产动力。

2.2 大部件装配粗定位技术策略

在实际开展大部件装配工作期间，最重要的就是要大部件实际的位姿进行测量，之后将其具体的测量结果与理论位进行比较，通过此种方式来进一步明确在装配过程中，实际旋转量、平移量。例如，对于一些刚性好且精度高的部件，可通過正确的测量方式完成装配工作，达到正确大部件姿态的目的，之后严格按照要求做好装配工作。但是对于存在制造误差、装配误差、自身变形等多项问题的大部件，在实际开展装配工作期间，通常都是要以应用高精度数字化测量设备的方式为主，来落实该种类型大部件的姿态测量工作，同时还要做好粗定位，有助于进一步提升大部件装配效率和装配安全。如在对接飞机部件过程中，部位定位要根据测量系统进行明显，采用辅助装配技术完成定位工作。参照装配所用的模型时，参考测量的装配对象。

将三坐标支撑柱最为基础条件，对大型刚体位姿调整系统进行优化，实际上是可以将其最终的效果等同于6自由度冗余驱动并联机构的功能作用。采用激光追踪仪获取部件各关键点坐标，对比理论数值后可获取精确大型刚体在装配坐标中的空间位置。如果将其作为依据，能够更加明确认知其与理论装配位姿之间存在的实际差距。

在实际开展将激光追踪仪器作为基础依据，对数字化装配定位系统仿真时，在实际装配时，需要详细描述系统装模型实际位置。如大部件运动空间直接定义为装配坐标，合理、科学和部件连固。对于实际的大部件位姿变化状况而言，主要就是由3个基准点在装配坐标系中坐标连续信息描述。在此期间，在构建坐标系的过程中，就要详细描述和规定装配部件的位姿、随动定位装置的位姿，之后采集各项数据，利用函数库的内容开发采集模块控制测量仪器。同时在实时测量以及产品工程数据采集基础上，精准计算出大部件装配位姿，通过对具有先进性的软件平台进行应用，开发可视化模块，达到良好的仿真目的。在定位过程中，考虑测量灵活性、精度均较高，那么就要进行动态测量。

2.3 大部件装配精定位技术

通过对上述内容进行分析，由于大部件自重大，变形问题经常出现。故面对变形时，需要找到基准点测量，计算调整定位的方式，其更适用于对大部件进行粗定位[3]。

一是基于力控制的控制策略。此种类型的机器人自动化装配控制，主要将及处理的大小作为核心依据，主要就是对机器人的实际运动轨迹进行控制。首先是阻力控制，将其充分应用到表达大部件高精度装配控制过程中，以此来防止在对大部件进行装配期间，因为装配位置存在误差，而对工件早造成严重的损害[4]。设计完成之后，做好实时监测工作，有效控制好机器人完成装配的动作，能够为高效完成机密的装配动作提供保障。同时，做好混合控制的工作，做好基础力度的控制，全方位结合位置控制优势开展有效的分析。考虑位置控制不会受方向影响，使用混合控制发挥其本身的作用，把力均匀分布于不同自由度上，计算好机器人各关节力矩，可有效提升装配效果。在落实装配工作期间，如果需要进行装配的物体之间的距离比较远，那么就要对位置控制方式充分应用，在合理规划机器人行驶路线的基礎上，进一步提升装配效率。并且做好高级控制，以传统方法为基础，融合创新技术及基础控制法。

二是以视觉传感器为基础开展[5]。考虑传统力传感器方法，满足装配对精度的需求，以视觉传感器为基础开展有效的控制。在将其最为基础条件的同时，全面融合自动化系统的技术，形成强而有力的自动化特点。分析机器视觉系统，发现其涉及的领域非常多，如图像处理、AI技术等等，主要就是对机器视觉检测防范进行应用，具有容易集成信息、成本低、算法简单的特点，此种控制策略被工业制造行业充分应用。

3  结束语

综上所述，为了能够保证实际设计的大部件高精度装配机器人系统具有安全稳定性，就要对保证最终布设的测量点具有合理性，同时还要保证实际装配的准确性，通过大部件高精度装配机器人有效运用关键技术，解决不同问题。同时要根据不同装配阶段对精度进行要求，选择和其对应控制方法，在精度自动调整功能上充分发挥作用，全方位提高装配间的安全及可靠性。

参考文献：

[1]黄心汉.微装配机器人：关键技术、发展与应用[J].智能系统学报，2020，15（03）：413-424.

[2]李正根.基于Mask R-CNN算法的装配机器人识别与定位研究[D].重庆理工大学，2020.

[3]姚冬艳.基于模板匹配的机器视觉装配机器人理论及应用研究[D].郑州大学，2019.

[4]常家辉，祁萌，李良琦.装配机器人在国外国防领域的应用进展[J].国防制造技术，2018（04）：10-19.

[5]吴海波.基于视觉的装配机器人轴孔识别与定位技术研究[D].河南理工大学，2018.