机器人技术在航空维修中的应用探索

韩 涛

（海装沈阳局驻长春地区军事代表室，吉林 吉林 132102）

机器人在航空维修中的应用并不是一个新概念。目前，机器人参与航空检测、测试和维修任务，在航空维修技术中，机器人的发展最重要的一点是实现机器人维修的绝对精度，达到与人工维修相同的标准，从而保证飞机发动机的安全要求。否则，会有很大的安全隐患。机器人的发展前景广阔，因为机器人领域的探索只是其中的一部分，而未来的发展前景让我们为恐惧所困扰。人们希望人工智能能完全取代人类，但他们担心机器人会有自己的想法[1]。

1 机器人技术概述

机器人可以分为半自助或自助工作机。它们是结合现代制造技术、硬件技术和信息技术的智能制造产品。一般来说，机器人可以分为基于制造环境的工业机器人和基于非制造环境的服务机器人。对于服务机器人，视应用环境而定，可分为家庭或个人服务机器人和专业服务机器人在特殊环境下。航空中使用的机器人属于后者，尽管机器人的好奇心和想象力很强，但不可否认的是，实际机器人和人们的预期状态之间有很大的差别。第一，机器人被纳入多学科系统，不仅需要硬件和软件知识的整合，而且还需要大规模的研究、开发，花费了大量的时间和精力。其次，现阶段工业机器人的运行环境主要是结构化的对于服务机器人来说，他们只能执行困难的任务，而特殊机器人的特殊项目通常是远程完成的。

2 航空维修特点

与航制造不同，本分析在航空维修过程中具有以下特点：

（1）大部分工作量是零件外观缺损、表面缺陷检查和测量几何尺寸。目前，大部分这类工作仍然是人工，自动化程度低，生产率低，迫切需要机械视觉自动检测技术。

（2）维修备件数量多、体积小、分类困难。批量修理不能采用单一方法或固定方法。个别零件的个性化维修更为普遍，这对机器人的灵活性提出了更高的要求。

（3）在航空维修中，要进行大量的拆卸作业，其工作方法和特点与普通飞机制造有很大不同，很难为机器人技术找到借鉴。

（4）由于行业利益的竞争，下游航空维修企业很难获得大量维修产品设计制造的原始信息，如产品数值建模信息等。这可能会影响机器人技术的应用[2]。

3 机器人技术在航空维修中的应用

（1）航空维修技术中机器人与工业制造技术的关系。尽管机器人技术已经应用于汽车工业，但许多航空公司仍然认为，汽车工业和航空工业之间存在着较大的差距，其规模和精确度都有所提高。航空飞行在制造过程中必须符合安全标准，而汽车行业则不然。但是，图像识别技术和软件技术的发展水平逐步提高，使得机器人在某些功能操作中完全比人类好。许多飞机制造商已经在考虑把机器人投入生产许多人在工业生产中给机器人带来了好处，例如使车间更清洁，增加自动化工作站的数量，优化空间利用，提高生产效率和质量，减少与人的安全有关的事故。因此，今后在航空维修领域使用机器人的发展包括:、测试和修理机器，确立与人类相同的高安全标准，比人类行动更灵活，以及开发和解决特殊任务。工业机器人已经被使用了几十年。随着几十年的发展，价格相应下降。但是，不同机器人的制造语言和编程过程不同。因此，发展适合航空维修的机器人需要更多的技术机器人必须使用所有传感器来执行维护工作，否则它将不会像预期的那样有效[3-5]。

（2）工业机器人在飞机机械零件特殊维修过程中的应用。在维修方面，激光熔覆和热喷涂技术可用于实现低热输入焊接焊接和飞机零部件表面尺寸恢复等维修目标。但是由于零件的形状不同，损坏的部分也不同等等，很难使用这种方法。充分利用工业机器人的高度柔性化可以有效地解决这些问题。

（3）零件外观尺寸检测中机器视觉技术的应用。在某型飞机进气道防护栅进行维修工作时，需裂纹检测有近10万个小孔，检测过程必须辅之以目视检测。这不仅是一项艰巨的任务，而且在检测过程中也受到外部因素的影响，维修质量得不到保证，而且不时出现裂缝检测和漏修，对飞机维修质量产生不利影响。为了全面有效地解决这个问题，我们可以将机器视觉检测方法应用到检测过程中，实现基于机器视觉的前一目标到图像信号的转换，并将转换后的图像信号提交到图像处理系统，使图像处理系统实现防护栅裂纹识别在检测橡胶零件时，由于橡胶本身的弹性和执行效率相对较低，很难测量其几何尺寸。因此，OGP影响测量系统可以应用于这一应用。该系统将精密光学和先进电子等技术结合起来，为零件带来清晰和准确的影响，为进一步的行动提供准确的参考，并确保测量的有效性。该系统主要采用机械可视化和图像处理技术相结合的方式测量非接触式橡胶零件。不仅零件数据比单点接触系统更详细，而且还解决了小型橡胶零件过去无法准确测量的问题。

（4）飞机大部分运输和装配中全向移动技术在的应用。飞机主要部件的运输和组装是航空维修过程中的一个问题，需要有足够的时间在运输和组装过程中更好地调整和对接相关的、部件。在这方面，主要以全向移动麦克拉姆轮技术为基础，研究开发了运输装配全向车。它不仅使用速度伺服技术，还使用诸如精确控制多轴运动等先进技术，以确保基于平整状态的三个自由度在任意方向上的精确运动。为飞机修理车间运输和装配发动机设备和武器系统提供了大量技术支助，取得了显着成果。

4 航空维修中的机器人关键性技术发展

（1）机器视觉技术。是机器人和照相测量学的有机结合。在航空维修领域，由于大量的视觉维修，对计算机辅助视觉技术的需求更加迫切。自动可视化可以完成任何需要目视检查，提高工作效率和质量。特别是相对较高的生产力水平可以大大提高生产率。图像处理、软件开发和定制是机器视觉技术的关键组成部分。

（2）快速反向测量技术。在工业机器人大多数操作中，机器人路径的详细计算只能根据目标产品的形状数据进行。然而，在航空维修领域，由于上游企业技术封锁，许多目标产品的原始设计和数字几何模型存在双层的缺陷。为了获得数字几何数据，只有专用的测量设备才能快速测量目标产品的形状。科学地获取合格的三维几何数学模型是关键技术。高效的基于数据的快速处理和编辑。

（3）离线编程和仿真。机器人的最终运行是基于程序的。传统的示教方法不准确、效率低。它不能成功地衔接到目标产品的数字几何模型，在定制维护中的应用受到复杂的航空产品限制，为了实现机器人的精确灵活控制，更好地满足实际应用的要求，避免碰撞和编程效率，对其进行了深化离线编程。

（4）种高精度测量定位技术。在航空维修的具体过程中，飞机的喷漆与除漆和大工作面远远超出了普通工业机器人的工作范围，但精度要求很高。现有工业机器人的绝对定位精度低，难以满足要求。目前，除了传统的激光跟踪仪器外，室内GPS技术更适合大规模测量。它可以在整个任务区建立一个测量场，也可以根据现场实际需要添加机器人，无需额外费用，从而有效降低固定工装的资本成本。

5 机器人技术在航空维修中的应用现状与探索方向

虽然航空维修企业开始研究机器人技术，投资少，但它们仍然具有一定的应用效果。以我国航空维修基地为例，从典型实例和今后的应用两方面描述了机器人技术在航空维修领域的应用现状和探索方向。

5.1 典型应用示例

（1）工业机器人在机械零件特殊修理过程中的使用。激光熔覆技术与热喷涂技术广泛应用于航空维修，以实现低热输入焊接、表面尺寸恢复目标。由于各种零件的形状差异很大，零件之间受损的部分，修复过程中很难迅速准确地定位激光熔覆头或喷枪。工业机器人的高度灵活性很好地解决了这个问题。

（2）机器视觉技术在零件外观尺寸检测中的应用。某类型飞机进气道的防护栅栏必须在维修过程中直观地探测近10万个小孔中的检测裂纹。其工作量是不言而喻的，其过程容易受到人为干扰，使维修质量难以控制，造成裂纹漏检漏修，从而造成飞机最终维修质量的不确定性。为解决这一问题，现已将视觉检测改为人眼检测，以检测防护栅的裂缝。捕获的目标被机器直观地转化为图像信号，并传输到专用的图像处理系统。利用多种图像处理技术自动识别、标注和存储闭合裂缝。在检测橡胶零件时，很难准确测量橡胶的几何尺寸，即使由于其灵活性和实施效率较低。例如，采用了一种OGP图像测量系统，将精密光学技术、先进的电子技术、强大的软件功能和精密机器结合起来。可以非常精确地显示任何零件的图像，以获得精确的测量结果。该系统利用机器视觉和图像处理技术成功地测量了非接触式橡胶部件，提供了比单接触式系统更详细的部件数据，并有效地解决了无法快速准确测量的小型橡胶部件的问题。

（3）在飞机大部分部件的运输装配中应用完整的全向移动技术。运输和组装某些大型部件一直是航空维修方面的一个难题。在此过程中，调整和配套工装需要很长时间。因此，在全向移动技术的基础上研制出了装配全向车。车辆采用多种先进技术，如速度伺服、多轴精确运动控制和被动无线，实现车辆在平面上三个自由度的任意方向上的精确运动。在航空维修车间运行期间，该系统已成功地用于发动机、机载式配件以及武器和设备系统的运输和组装，并取得了良好的应用效果。

5.2 基于机器人智能升降的未来应用探索方向

（1）搬运和装配。作为航空维修的一部分，有许多短距离运输和重荷吊装。传统的起重方法是使用车间起重机进行起重作业，其控制精度和灵活性较低，难以满足实际的工作需要。为此，可以使用机器人智能升降系统进行相关操作。一方面，它可以大大降低一线工人的劳动强度，另一方面，它可以提高大型零件运输和装配过程的灵活性和准确性[6-8]。

（2）基于机器人技术的除漆、喷漆。随着我军新型战机，特别是新一代隐形战斗机的服役，由于其隐形外壳的特殊性，对除漆、喷漆有许多严格的要求。目前的手工方法和操作方法将难以应用，这将对今后的油漆工作构成重大挑战，而采用机器人技术进行自动油漆的引进和消化将不可避免地成为一种趋势。

航空维修与航空制造有本质区别。在机器人技术的引进和应用过程中，需要改变以往的复制品，盲目寻求新的态度。要把现有的成熟机器人技术放在首位，把它们推向最佳应用，这是拓展机器人技术在航空维修领域应用深度的有效途径。虽然机器人在航空维修领域的应用需要进一步发展和改进，但近年来机器人在航空领域的良好性能显示出广阔的发展前景。基于先进的机器人技术，航空维修市场的竞争将越来越激烈。提高企业综合实力是航空维修业发展的重要方向。