无人机柔性装配工装技术研究及应用

赵寒达 赵玉华 吕思源 韩硕

摘要：无人机基于柔韧性工装技术，创建机身部件数字化柔韧性装备系统，以无人机装配工装为例，运用柔性模块化设计思想，着重研究该技术通用性，优化和改进无人机装备工装结构形式，彰显柔性化、通用化、标准化等特点，并为相关研究提供借鉴意义。

关键词：无人机;柔性装配工装技术;应用研究

引言：

在国家军事战略和民用领域中，无人机的作用不言而喻。在无人机制造过程中，装备工作是关键和核心，尤其是无人机装配工作，应打破传统设计理念，缩短设计制造周期，贴合实际市场需求，注重技术研发领域。柔性装配技术作为一种先进技术，真正做到“一型多用”，满足设计、制造和使用模式，分析该技术的可重组、模块化设计，注重模块化工装的组合过程，为新一代无人机的数字化奠定了基础。

1 无人机结构模块化特征

很多先进的无人机都采用复合材料制作而成，是其内部结构构造的主体，尤其是一些中小型无人机，基本上为复合材料骨架和蒙皮结构的形式。比如，以机身为例，在梁框式构造下，机身壁板、机身梁、机身框板，多为玻璃纤维、碳纤维蜂窝夹层、玻璃纤维压层结构及复合材料等;通常呈现出“U型梁”或者是“工字梁”，遵循柔性模块化设计原则，既要符合正常功能需求，又要尽力简化模块结构，使其具有性能稳定、结构简单等优势，尤其是无人机典型结构，机身装配起到关键性作用，无论是胶接机构和装配要求，都应简化工装结构形式（框、梁、壁板等）。数字化柔性工装定位与传统工装定位比较，柔性工装的定位更具可控性，尤其是定位过程，能够在定位系统下自动控制和调整

2 无人机柔性装配工装技术设计

2.1 无人机部件的定位方法

无人机部件产品装配和定位，大体上分成两种典型模式，分别是骨架为基准和蒙皮为基准，无人机翼面类部件采取蒙皮为基准的方式，机身及其他部件以骨架为基准。结合无人机部件装配情况，工装定位上呈现出以下两个特点，一是飞机机身部件骨架结构多为框梁类结构，起到支撑定位作用;二是机身部件装配侧重强化主承力构件（框、梁等）。在无人机模块化装配工装设计中，采用一套型架结构，在对结构进行调整和改进后，符合多种型号和部件装配需求，节省生产制作时间，提升装配工装高效率，尤其是产品品种受到外界影响时，需要以经济性、功能性为前提和基础，切实提高快速转换生产机型的自适应能力。

2.2 柔性工装的结构整体和原理

2.2.1 机械系统设计

（1）静态框架结构

机械系统设计包括静态框架結构、动态卡板结构，两者相辅相成、缺一不可。静态框架结构包括支撑底座、转动机构、标准框架和连接件等。

支撑底座主要起到支撑作用，根据框架转动所需空间规格，打造支撑框架高度适宜的装配工装结构，支撑底座位于框架设计转动中心轴上，确保操作人员舒适高度操作，推进产品装配工作。

转动机构处在框架设计转动中心轴上，构置在支撑底座上，采用相对成熟产品，提升工作人员效率，高水平、高质量完成整个装配工装框架的转动和固定工作;值得注意的是，转动机构最好选用市场上的标准化、规范化产品。

框架作为结构中间部分，是柔性模块化工程的必要环节，采用矩形框架结构，根据实际情况进行调整和改进，满足多种外形尺寸及功能需求;传统刚性工装框架基本上固定在地基出，突出和强调框架的固定性。

标准框架是整个结构的关键和核心，作为柔性化模块化工装的重要环节，无论是长度方向，还是其宽度方向，都有着较强的可调节性，除了满足外形尺寸要求外，还能采用矩形型材嵌套式结构形式。

连接件有标准定位销和禁锢螺栓，主要用来定位和稳固连接卡板，还涉及到标准框架（调整长度和宽度方向后）的连接和固定。

（2）动态卡板结构

动态卡板机构分别有外形卡板、横卡板、接头定位器、钻模板。

部件外形卡板多为接头定位器的定位和连接基准，尤其是产品装配环节中，既支撑框架和蒙皮，又稳固部件、组件启动外形;外形卡板主要用来夹紧相近构件（框、肋和蒙皮等），避免出现大量的胶接间隙，还切实压紧部位的理论气动外形，可用作全部接头定位器的定位和连接基准。

横卡板定位骨架中的梁和蒙皮，推进胶接质量，经采用标准连接件的方法，与外形卡板连接为一体。

接头定位器根据框架定位基准，与角座和接头定位器连接，不仅符合产品零部件定位，而且确保部件装配后的应用;该定位作为一种结构形式，不仅确保良好的定位功能，还具有便于拆卸的特点，主要用来对各部件内部精准性的装配定位。

钻模板是指零组件（定位连接关系）的钻制，使连接孔位和孔精度两者保持高度的协调性和一致性。

柔性工装的静态框架，基本为桁梁式结构，该结构有着较强的刚度和开敞性。动态定位器在整个工装装配中发挥者重要作用，结合后机身部件结构，需要明确实际定位需求，将定位器利用不同的组装方式，注重模块化设计，使整个结构更加紧凑简化。在无人机工装机械系统设计中，传动机构必不可少，该结构有着3个方向的传动结构设计，X向为直线导轨联合齿轮，其中齿条和直线导轨呈现平行方式，稳固在横梁后，两端伺服电机推动横梁前进，从而调整X向横梁。同时，Y向与Z向横梁采用移动装置，达到控制伺服电机和节省空间的效果。

2.2.2 控制系统设计

结合无人机装配柔性工装系统原理，工装控制系统需要对接定位器（40个），各定位涉及方向的运动控制（3个）。运动控制作为超多轴控控制系统工作中，构建终端控制体系，达到数据保存与备份功能。

2.2.3 柔性装配工装按照及检测方法

激光跟踪测量技术作为一种先进的技术手段，技术优势和价值体现在无接触、高速、高精度通用等，符合无人机各类尺寸部件装配的要求。无人机柔性模块化工装技术应用，为确保良好的技术应用效果，主要依托于数字化传递方法和激光跟踪测量技术，在标准框架、接头定位器和主卡板等，采取增设激光靶点位置的做法，实现对无人机工装装配各部件的高精度定位和安装，这有着重大现实意义。

3 应用案例分析

结合上述对无人机柔性模块化工装技术探讨，从设计原则、结构研究、理论内容等，经过不断设计制造，并配合激光跟踪仪应用实施，最终创建出某型无人机柔性装备工装实物。

经过无人机柔性模块化工装设计制造技术的研发与实践，证实在无人机整个制作过程中，柔性装配工装技术有着多种技术优势和价值。该技术降低技术成本，节省整个研制过程时间，运用先进的数字化技术，设计和分析大量数据，避免装配工装的设计出错率，需结合实际情况，合理应用技术手段，切实提高工作效率。因此，无人机柔性装配工装技术，促进技术应用与推广，推动制造行业技术研发。

结束语：

随着科学技术的不断发展，无人机柔性装配工装技术面临发展机遇和挑战。经过实际研发，无人机柔性装配技术具有优势和价值，如精准性高、技术性优越、节省研制周期，为多元化市场提供一条切实有效的技术渠道。

参考文献：

[1]孔祥雯.舵面类部件柔性装配工装技术研究与应用[J].新商务周刊，2019，23（16）：1.

[2]何丽红.关于飞机数字化柔性装配工装技术的探索[J].2021 （2015-5）：79-79.

[3]王巍，王诚鑫，周天一.集成管理系统在飞机装配柔性工装上的应用[J].航空制造技术，2019，62（13）：6.

[4]孙建.飞机柔性装配工装关键技术及发展趋势分析[J].2021 （2016-27）：162-162.

[5]朱晨.探究飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用[J].2021 （2016-27）：174-174.