用于飛機部件自動制孔的機器人制孔系統研究

王婕

摘 要：結合飛機部件自動制孔發展的趨勢，本文對機器人制孔系統的總體構成進行了分析，并對系統硬件設計和控制流程進行了研究，發現系統能夠利用上位機+PLC控制方式實現飛機部件自動制孔流程的控制，能夠較好地完成機器人和執行器的控制要求。

關鍵詞：飛機部件；自動制孔；機器人制孔系統

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0184-02

Research on Robot Hole System for Automatic Hole Making of Aircraft Components

WANG Jie

（AVIC Xi'an Aircraft Industry （GROUP） Co.，Ltd.，Xi'an 710089，China）

Abstract：The combination of aircraft components of automatic drilling and development trend，this paper analyzes a robot drilling system，then studied the system hardware design and control process，found that the system can use the PC +PLC control method for aircraft components control automatic drilling process，better control robot and actuator requirements.

Keywords：aircraft components；automatic hole making；robot hole making system

0 引 言

一直以來，航空工業制造技術都處于制造業的前端。在飛機數字化裝配領域，機器人擁有的低成本、柔性化等特點引起了制造業的關注。伴隨著飛機制造的自動化發展，同時隨著機器人位置精度的提升，目前工業機器人也引入到飛機部件制造領域，用以實現飛機部件的自動制孔，滿足飛機裝配的效率要求。因此，我們還應加強對用于飛機部件自動制孔的機器人制孔系統的研究，以便更好地探究飛機制造未來的發展方向。

1 機器人制孔系統總體構成

從系統結構來看，機器人制孔系統由機器人、制孔執行器、視覺檢測裝置及上位機構成，能夠用于進行飛機部件鉆孔和鉸孔等操作，是多功能鉆削系統。其中，機器人負責結合制孔任務將制孔執行器移動至目標位置，在制孔執行器與飛機工件接觸后在上位機控制下進行制孔[1]；視覺檢測裝置負責向上位機及機器人提供制孔位置信息和焊縫信息；上位機負責進行軟件層啟停控制，并負責進行制孔參數設置及監控各設備的運行狀態。

2 機器人制孔系統主要硬件設計分析

2.1 機器人

系統采用的機器人為IRB6640機器人，內部包含IRC5 M2004控制系統，擁有多個處理器，采用PCI總線進行通信。利用I/O板，機器人可對外圍設備的輸入信號進行相應的控制。在系統工作時，主要采用自動模式、手動減速模式和手動全速模式，工作電壓為24V，可以按照PAPID語言程序運動。利用以太網，機器人可以與上位機通信，實現運動指令、位置信息及運行狀態的發送，并利用RS-232C傳輸鉆孔參數等數據。

2.2 視覺檢測裝置

系統采用的視覺檢測裝置由FV2520型號的鏡頭和GRAS-20S4M-C型號的攝像機構成。根據需要識別的視場大小及識別精度選型。該裝置能夠用于進行制孔位置信息檢測，并對系統的各組成設備的運行狀態進行監控。通過手眼標定，可以對制孔位置進行識別和計算。此外，它還能利用檢測裝置進行焊縫檢測。

2.3 制孔執行器

系統制孔器能夠實現一體化制孔，它包含制孔單元、基準測量單元、壓緊單元等各種單元，能夠在制孔前將設備壓緊，以減小機器人懸臂振動給制孔質量帶來的影響。利用制孔單元，可以進行鉆、鉸一體化操作，并通過真空吸除廢屑。另外，利用基準測量單元，可以進行制孔位置找正。

3 機器人制孔系統用于飛機部件自動制孔流程

3.1 系統控制方式

從系統采用的控制方式來看，主要是上位機與PLC聯合控制的方式。利用PLC，可以與上位機構成安裝靈活、擴展方便和性價比高的控制系統，同時系統可靠性較強，能夠滿足飛機部件自動制孔需求。其中，上位機負責進行機器人制孔系統啟停控制，并負責制孔狀態監控和參數設置。采用PLC，可以進行主軸旋轉、進氣和氣缸往復運動的控制，即實現對執行器制孔操作過程的控制。從總體流程來看，系統開始運行后，機器人會先運動，上位機確認機器人是否到位，未到位繼續運動，到位后會控制執行器鉆孔[2]。鉆孔后，系統需確認是否完成當前孔，未完成需要繼續鉆孔，完成后系統會進行已鉆孔信息的統計，確認任務是否完成，未完成需要重新進行機器人運動，完成則能結束任務。

3.2 上位機控制

在上位機控制過程中，其界面包含手動模塊、參數設置模塊和自動模塊三種，能夠通過界面操作完成各項操作。利用手動模塊，可以手動實現進給電機、主軸電機等裝置的運行控制；通過參數設置模塊，可以對系統各部門的運行參數進行設置，如進給電機進給率、制孔初始行列等；利用自動模塊，可以使系統自動開展制孔任務，實現系統狀態監控和啟停控制。

3.3 PLC控制

在PLC控制方面，需要采用模塊化思想進行編程。結合不同的控制對象進行不同模塊的調用，如初始化指令模塊、自動操作模塊和回原點操作模塊等。在執行器開始執行制孔任務時，可以進行手動、回零、自動三個模式的選擇。選擇自動模式，將實現初始化操作，然后進行壓力采集，將工件壓緊。在初始化階段，系統需要進行故障檢測，發現故障后，系統會報警，并進行復位操作。初始化完成后，才能進行鉆孔。鉆孔時，確認壓緊到位后，會啟動主軸，開始進給運動。進給完成后，將進行退刀，使執行器回到原點，然后退回壓腳，完成鉆孔。

3.4 系統控制關鍵點

在系統控制過程中，關鍵在于要保證系統信號協調。在機器人運動到指定位置后，需向PLC發送鉆孔信號。完成鉆孔任務后，PLC需要發出運動指令，使機器人移動。在制孔階段，需要保證刀具軸線始終與工件表面垂直。利用機器人工具標定功能，可以進行刀具軸線與機器人第六軸法蘭盤相對位置關系標定，來保證軸線垂直工件[3]。在系統運行的過程中，需要實時躲避障礙物，采用示教方式，可以對機器人路徑進行規劃，避免機器人與障礙物發生碰撞。

4 結 論

通過研究發現，采用機器人進行制孔執行器移動，同時利用視覺檢測裝置進行制孔位置檢測可以使執行器準確落在制孔位置，在上位機和PLC控制下完成制孔操作。所以在飛機裝配領域，采用機器人制孔系統可以完成部件自動制孔，提高飛機裝配的效率，滿足飛機部件制孔的質量要求。因此，相信隨著相關技術的發展，機器人制孔系統將能在飛機自動裝配生產領域得到應用。

參考文獻：

[1] 劉順濤，陳雪梅，郭喜鋒，等.飛機蒙皮自動制孔工藝設計研究 [J].制造業自動化，2017，39（4）：87-90.

[2] 席志成，楊宏安，夏常凱，等.基于機器人的飛機部件自動制孔設備控制系統設計研究 [J].機械制造，2014，52（3）：61-64.

[3] 張杰，秦現生，胡鵬，等.基于機器人的飛機部件自動制孔末端執行器設計 [J].制造業自動化，2013，35（16）：15-17+24.