大部件高精度裝配機器人關(guān)鍵技術(shù)策略探討

趙森

摘要：在實際落實大部件高精度裝配工作期間，具有較大的工作難度，為了能夠有效解決各項問題，需要全方位提升裝配自動化的情況，特別是要提高大部件裝配率、精度。而要完成這些情況，需要充分運用大部件高精度機器人的關(guān)鍵技術(shù)，明確多種技術(shù)提升各項功能，如數(shù)字化的測量技術(shù)、計算機技術(shù)等等，從而為此項工作提供硬件系統(tǒng)支持。

關(guān)鍵詞：大部件;高精度;裝配;內(nèi)燃機;機器人關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP242.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0217-02

0? 引言

能否正確應(yīng)用大部件高精度裝配機器人關(guān)鍵技術(shù)，對于能否解決各項技術(shù)難題具有決定性作用。故有關(guān)工作者在開展工作時與裝配需求相配合，開展有效的工作，同時深入研究機器人關(guān)鍵技術(shù)，在保證大部件裝配精度、效率、安全性的同時，為此項工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。由于裝配生產(chǎn)過程中，工件的尺寸大，質(zhì)量高，易導(dǎo)致機器人變形，通過著重開展高精度測量等多項工作，做好各項管控工作，為后續(xù)提升各個環(huán)節(jié)順利開展裝配工作清除障礙。本文從大部件高精度裝配機器人關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀入手，展開闡述，針對如何正確應(yīng)用該項技術(shù)進行深入探討。

1? 大部件高精度裝配機器人關(guān)鍵技術(shù)運用

伴隨工業(yè)的不斷進步與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代各工業(yè)領(lǐng)域，如船業(yè)、航空業(yè)等等，均需要用到很多大尺寸工業(yè)產(chǎn)品，尺寸越大裝配精度也越高。但由于傳統(tǒng)人工裝配方式操作比較復(fù)雜，再加上效率低，容易發(fā)生事故等等，無法滿足目前大部件裝配精度、安全性等要求，當(dāng)前正被高精度的裝配機器人技術(shù)所取代。但因為飛機的大部件對于精度要求非常高，而且由于剛性比較差，裝配路徑復(fù)雜等等，使用高精度裝配機器人所涉及了系列關(guān)鍵技術(shù)，如高精度測量的輔助裝配技術(shù)、定位技術(shù)等等，仍存在一些問題。

第一，系統(tǒng)對各裝配部件有著極高精度要求，由于機器人需要重復(fù)定位，對精度要求比較高，所以“精度”一直以來都是系統(tǒng)所要重視的關(guān)鍵點。但在工作過程中，過度依賴機器人的自主定位功能，裝配過程中無法達到良好的高精度需求。基于此，就要結(jié)合實際狀況，充分應(yīng)用先進的測量技術(shù)，以滿足各需求為標(biāo)準(zhǔn)，全方位提高大部件裝配階段下的精度測量。同時，需要分析設(shè)備常用的信息數(shù)據(jù)參數(shù)，進行分析，如要在怎樣有效提升高位姿計算精度、怎樣提升裝配精度等多個方面進行深層次研究。

第二，通過對各種不同功能作用的大部件開展細(xì)致分析，發(fā)現(xiàn)大部件的重量較大，在裝配時，容易導(dǎo)致變性。如果只是考慮部件的理論或是實際測量得出的數(shù)據(jù)來開展裝配工作，極易產(chǎn)生較大的姿態(tài)計算誤差，進而就會對最終的裝配精度造成影響[1]。如果沒有意識到問題的嚴(yán)重，沒有及時處理問題，就會進一步產(chǎn)生碰撞問題。因此，在對大部件進行裝配期間，就要認(rèn)識到極易變形這一問題的嚴(yán)重性，之后通過對具體的裝配順序進行優(yōu)化和調(diào)整，全面提升大部件裝配過程中的安全性與有效性。

三是大部件對自身交點之間的配合精度具有較高要求，特別是在裝配期間比較重要的交點孔的裝配精度而言（如圖1所示），具體提出的要求會更高一些。通常狀況下，系統(tǒng)中大部件有多種交點，數(shù)量多且跨度大。為了能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求進行裝配期間，如要最大程度上保證的種類復(fù)雜、形式多樣化的大部件，能夠進行精確定位，從而為后續(xù)提升裝配效率和整體系統(tǒng)運行安全性奠定基礎(chǔ)。

2? 大部件高精度裝配機器人關(guān)鍵技術(shù)策略

制造業(yè)是我們國家經(jīng)濟支柱型產(chǎn)業(yè)，也是國家綜合國力的體現(xiàn)。航空工業(yè)更是國防安全的戰(zhàn)略基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。航空制造業(yè)技術(shù)水平以及生產(chǎn)能力，可有效反映國家制造業(yè)實力，在國民經(jīng)濟以及國防現(xiàn)代中有不可替代的作用。例如，飛機制造過程可分成零件加工、毛坯加工、裝配安裝等不同階段。因為飛機的零件、部件數(shù)量非常多，外形結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，外形準(zhǔn)確度以及部件間協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度要求也非常高。所以在裝配時，對于精度要求高且勞動量大，且技術(shù)難度大等等。有統(tǒng)計顯示，飛機制造中，裝配工作量點50%左右，成本占到制造成本的二分之一，周期占飛機制造周期的百分之五十。所以在飛機裝配中，總體的飛機制造中最關(guān)鍵的一個問題，對于最后的裝配情況、成本等，均起到十分關(guān)鍵的作用，可有效提升飛機裝配技術(shù)水平，對飛機制造業(yè)發(fā)展有十分重要意義。

2.1 保證內(nèi)燃機穩(wěn)定運行

大部件高精度裝配機器人在實際運行期間，是由多種不同功能作用的裝置組合而成，其中內(nèi)燃機就是其中非常重要的一項裝置。通過對內(nèi)燃機進行分析，發(fā)現(xiàn)其主要就是將液體、氣體等多種燃料與空氣進行混合，之后直接將其輸入到氣缸內(nèi)部的高壓燃燒室進行燃燒，以此來爆發(fā)產(chǎn)生生產(chǎn)力。除此之外，內(nèi)燃機也能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，其屬于熱機的范疇。大部件高精度裝配機器人想要穩(wěn)定運行，就要保證內(nèi)燃機長期處于安全穩(wěn)定運行狀態(tài)，在滿足智能制造要求的基礎(chǔ)上，逐步減少勞動力成本，從而提升創(chuàng)設(shè)更加充足的生產(chǎn)動力。

2.2 大部件裝配粗定位技術(shù)策略

在實際開展大部件裝配工作期間，最重要的就是要大部件實際的位姿進行測量，之后將其具體的測量結(jié)果與理論位進行比較，通過此種方式來進一步明確在裝配過程中，實際旋轉(zhuǎn)量、平移量。例如，對于一些剛性好且精度高的部件，可通過正確的測量方式完成裝配工作，達到正確大部件姿態(tài)的目的，之后嚴(yán)格按照要求做好裝配工作。但是對于存在制造誤差、裝配誤差、自身變形等多項問題的大部件，在實際開展裝配工作期間，通常都是要以應(yīng)用高精度數(shù)字化測量設(shè)備的方式為主，來落實該種類型大部件的姿態(tài)測量工作，同時還要做好粗定位，有助于進一步提升大部件裝配效率和裝配安全。如在對接飛機部件過程中，部位定位要根據(jù)測量系統(tǒng)進行明顯，采用輔助裝配技術(shù)完成定位工作。參照裝配所用的模型時，參考測量的裝配對象。

將三坐標(biāo)支撐柱最為基礎(chǔ)條件，對大型剛體位姿調(diào)整系統(tǒng)進行優(yōu)化，實際上是可以將其最終的效果等同于6自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)的功能作用。采用激光追蹤儀獲取部件各關(guān)鍵點坐標(biāo)，對比理論數(shù)值后可獲取精確大型剛體在裝配坐標(biāo)中的空間位置。如果將其作為依據(jù)，能夠更加明確認(rèn)知其與理論裝配位姿之間存在的實際差距。

在實際開展將激光追蹤儀器作為基礎(chǔ)依據(jù)，對數(shù)字化裝配定位系統(tǒng)仿真時，在實際裝配時，需要詳細(xì)描述系統(tǒng)裝模型實際位置。如大部件運動空間直接定義為裝配坐標(biāo)，合理、科學(xué)和部件連固。對于實際的大部件位姿變化狀況而言，主要就是由3個基準(zhǔn)點在裝配坐標(biāo)系中坐標(biāo)連續(xù)信息描述。在此期間，在構(gòu)建坐標(biāo)系的過程中，就要詳細(xì)描述和規(guī)定裝配部件的位姿、隨動定位裝置的位姿，之后采集各項數(shù)據(jù)，利用函數(shù)庫的內(nèi)容開發(fā)采集模塊控制測量儀器。同時在實時測量以及產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，精準(zhǔn)計算出大部件裝配位姿，通過對具有先進性的軟件平臺進行應(yīng)用，開發(fā)可視化模塊，達到良好的仿真目的。在定位過程中，考慮測量靈活性、精度均較高，那么就要進行動態(tài)測量。

2.3 大部件裝配精定位技術(shù)

通過對上述內(nèi)容進行分析，由于大部件自重大，變形問題經(jīng)常出現(xiàn)。故面對變形時，需要找到基準(zhǔn)點測量，計算調(diào)整定位的方式，其更適用于對大部件進行粗定位[3]。

一是基于力控制的控制策略。此種類型的機器人自動化裝配控制，主要將及處理的大小作為核心依據(jù)，主要就是對機器人的實際運動軌跡進行控制。首先是阻力控制，將其充分應(yīng)用到表達大部件高精度裝配控制過程中，以此來防止在對大部件進行裝配期間，因為裝配位置存在誤差，而對工件早造成嚴(yán)重的損害[4]。設(shè)計完成之后，做好實時監(jiān)測工作，有效控制好機器人完成裝配的動作，能夠為高效完成機密的裝配動作提供保障。同時，做好混合控制的工作，做好基礎(chǔ)力度的控制，全方位結(jié)合位置控制優(yōu)勢開展有效的分析。考慮位置控制不會受方向影響，使用混合控制發(fā)揮其本身的作用，把力均勻分布于不同自由度上，計算好機器人各關(guān)節(jié)力矩，可有效提升裝配效果。在落實裝配工作期間，如果需要進行裝配的物體之間的距離比較遠，那么就要對位置控制方式充分應(yīng)用，在合理規(guī)劃機器人行駛路線的基礎(chǔ)上，進一步提升裝配效率。并且做好高級控制，以傳統(tǒng)方法為基礎(chǔ)，融合創(chuàng)新技術(shù)及基礎(chǔ)控制法。

二是以視覺傳感器為基礎(chǔ)開展[5]。考慮傳統(tǒng)力傳感器方法，滿足裝配對精度的需求，以視覺傳感器為基礎(chǔ)開展有效的控制。在將其最為基礎(chǔ)條件的同時，全面融合自動化系統(tǒng)的技術(shù)，形成強而有力的自動化特點。分析機器視覺系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其涉及的領(lǐng)域非常多，如圖像處理、AI技術(shù)等等，主要就是對機器視覺檢測防范進行應(yīng)用，具有容易集成信息、成本低、算法簡單的特點，此種控制策略被工業(yè)制造行業(yè)充分應(yīng)用。

3? 結(jié)束語

綜上所述，為了能夠保證實際設(shè)計的大部件高精度裝配機器人系統(tǒng)具有安全穩(wěn)定性，就要對保證最終布設(shè)的測量點具有合理性，同時還要保證實際裝配的準(zhǔn)確性，通過大部件高精度裝配機器人有效運用關(guān)鍵技術(shù)，解決不同問題。同時要根據(jù)不同裝配階段對精度進行要求，選擇和其對應(yīng)控制方法，在精度自動調(diào)整功能上充分發(fā)揮作用，全方位提高裝配間的安全及可靠性。

參考文獻：

[1]黃心漢.微裝配機器人：關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)展與應(yīng)用[J].智能系統(tǒng)學(xué)報，2020，15（03）：413-424.

[2]李正根.基于Mask R-CNN算法的裝配機器人識別與定位研究[D].重慶理工大學(xué)，2020.

[3]姚冬艷.基于模板匹配的機器視覺裝配機器人理論及應(yīng)用研究[D].鄭州大學(xué)，2019.

[4]常家輝，祁萌，李良琦.裝配機器人在國外國防領(lǐng)域的應(yīng)用進展[J].國防制造技術(shù)，2018（04）：10-19.

[5]吳海波.基于視覺的裝配機器人軸孔識別與定位技術(shù)研究[D].河南理工大學(xué)，2018.