機器人技術在航空維修中的應用探索

韓 濤

（海裝沈陽局駐長春地區軍事代表室，吉林 吉林 132102）

機器人在航空維修中的應用并不是一個新概念。目前，機器人參與航空檢測、測試和維修任務，在航空維修技術中，機器人的發展最重要的一點是實現機器人維修的絕對精度，達到與人工維修相同的標準，從而保證飛機發動機的安全要求。否則，會有很大的安全隱患。機器人的發展前景廣闊，因為機器人領域的探索只是其中的一部分，而未來的發展前景讓我們為恐懼所困擾。人們希望人工智能能完全取代人類，但他們擔心機器人會有自己的想法[1]。

1 機器人技術概述

機器人可以分為半自助或自助工作機。它們是結合現代制造技術、硬件技術和信息技術的智能制造產品。一般來說，機器人可以分為基于制造環境的工業機器人和基于非制造環境的服務機器人。對于服務機器人，視應用環境而定，可分為家庭或個人服務機器人和專業服務機器人在特殊環境下。航空中使用的機器人屬于后者，盡管機器人的好奇心和想象力很強，但不可否認的是，實際機器人和人們的預期狀態之間有很大的差別。第一，機器人被納入多學科系統，不僅需要硬件和軟件知識的整合，而且還需要大規模的研究、開發，花費了大量的時間和精力。其次，現階段工業機器人的運行環境主要是結構化的對于服務機器人來說，他們只能執行困難的任務，而特殊機器人的特殊項目通常是遠程完成的。

2 航空維修特點

與航制造不同，本分析在航空維修過程中具有以下特點：

（1）大部分工作量是零件外觀缺損、表面缺陷檢查和測量幾何尺寸。目前，大部分這類工作仍然是人工，自動化程度低，生產率低，迫切需要機械視覺自動檢測技術。

（2）維修備件數量多、體積小、分類困難。批量修理不能采用單一方法或固定方法。個別零件的個性化維修更為普遍，這對機器人的靈活性提出了更高的要求。

（3）在航空維修中，要進行大量的拆卸作業，其工作方法和特點與普通飛機制造有很大不同，很難為機器人技術找到借鑒。

（4）由于行業利益的競爭，下游航空維修企業很難獲得大量維修產品設計制造的原始信息，如產品數值建模信息等。這可能會影響機器人技術的應用[2]。

3 機器人技術在航空維修中的應用

（1）航空維修技術中機器人與工業制造技術的關系。盡管機器人技術已經應用于汽車工業，但許多航空公司仍然認為，汽車工業和航空工業之間存在著較大的差距，其規模和精確度都有所提高。航空飛行在制造過程中必須符合安全標準，而汽車行業則不然。但是，圖像識別技術和軟件技術的發展水平逐步提高，使得機器人在某些功能操作中完全比人類好。許多飛機制造商已經在考慮把機器人投入生產許多人在工業生產中給機器人帶來了好處，例如使車間更清潔，增加自動化工作站的數量，優化空間利用，提高生產效率和質量，減少與人的安全有關的事故。因此，今后在航空維修領域使用機器人的發展包括:、測試和修理機器，確立與人類相同的高安全標準，比人類行動更靈活，以及開發和解決特殊任務。工業機器人已經被使用了幾十年。隨著幾十年的發展，價格相應下降。但是，不同機器人的制造語言和編程過程不同。因此，發展適合航空維修的機器人需要更多的技術機器人必須使用所有傳感器來執行維護工作，否則它將不會像預期的那樣有效[3-5]。

（2）工業機器人在飛機機械零件特殊維修過程中的應用。在維修方面，激光熔覆和熱噴涂技術可用于實現低熱輸入焊接焊接和飛機零部件表面尺寸恢復等維修目標。但是由于零件的形狀不同，損壞的部分也不同等等，很難使用這種方法。充分利用工業機器人的高度柔性化可以有效地解決這些問題。

（3）零件外觀尺寸檢測中機器視覺技術的應用。在某型飛機進氣道防護柵進行維修工作時，需裂紋檢測有近10萬個小孔，檢測過程必須輔之以目視檢測。這不僅是一項艱巨的任務，而且在檢測過程中也受到外部因素的影響，維修質量得不到保證，而且不時出現裂縫檢測和漏修，對飛機維修質量產生不利影響。為了全面有效地解決這個問題，我們可以將機器視覺檢測方法應用到檢測過程中，實現基于機器視覺的前一目標到圖像信號的轉換，并將轉換后的圖像信號提交到圖像處理系統，使圖像處理系統實現防護柵裂紋識別在檢測橡膠零件時，由于橡膠本身的彈性和執行效率相對較低，很難測量其幾何尺寸。因此，OGP影響測量系統可以應用于這一應用。該系統將精密光學和先進電子等技術結合起來，為零件帶來清晰和準確的影響，為進一步的行動提供準確的參考，并確保測量的有效性。該系統主要采用機械可視化和圖像處理技術相結合的方式測量非接觸式橡膠零件。不僅零件數據比單點接觸系統更詳細，而且還解決了小型橡膠零件過去無法準確測量的問題。

（4）飛機大部分運輸和裝配中全向移動技術在的應用。飛機主要部件的運輸和組裝是航空維修過程中的一個問題，需要有足夠的時間在運輸和組裝過程中更好地調整和對接相關的、部件。在這方面，主要以全向移動麥克拉姆輪技術為基礎，研究開發了運輸裝配全向車。它不僅使用速度伺服技術，還使用諸如精確控制多軸運動等先進技術，以確保基于平整狀態的三個自由度在任意方向上的精確運動。為飛機修理車間運輸和裝配發動機設備和武器系統提供了大量技術支助，取得了顯著成果。

4 航空維修中的機器人關鍵性技術發展

（1）機器視覺技術。是機器人和照相測量學的有機結合。在航空維修領域，由于大量的視覺維修，對計算機輔助視覺技術的需求更加迫切。自動可視化可以完成任何需要目視檢查，提高工作效率和質量。特別是相對較高的生產力水平可以大大提高生產率。圖像處理、軟件開發和定制是機器視覺技術的關鍵組成部分。

（2）快速反向測量技術。在工業機器人大多數操作中，機器人路徑的詳細計算只能根據目標產品的形狀數據進行。然而，在航空維修領域，由于上游企業技術封鎖，許多目標產品的原始設計和數字幾何模型存在雙層的缺陷。為了獲得數字幾何數據，只有專用的測量設備才能快速測量目標產品的形狀。科學地獲取合格的三維幾何數學模型是關鍵技術。高效的基于數據的快速處理和編輯。

（3）離線編程和仿真。機器人的最終運行是基于程序的。傳統的示教方法不準確、效率低。它不能成功地銜接到目標產品的數字幾何模型，在定制維護中的應用受到復雜的航空產品限制，為了實現機器人的精確靈活控制，更好地滿足實際應用的要求，避免碰撞和編程效率，對其進行了深化離線編程。

（4）種高精度測量定位技術。在航空維修的具體過程中，飛機的噴漆與除漆和大工作面遠遠超出了普通工業機器人的工作范圍，但精度要求很高。現有工業機器人的絕對定位精度低，難以滿足要求。目前，除了傳統的激光跟蹤儀器外，室內GPS技術更適合大規模測量。它可以在整個任務區建立一個測量場，也可以根據現場實際需要添加機器人，無需額外費用，從而有效降低固定工裝的資本成本。

5 機器人技術在航空維修中的應用現狀與探索方向

雖然航空維修企業開始研究機器人技術，投資少，但它們仍然具有一定的應用效果。以我國航空維修基地為例，從典型實例和今后的應用兩方面描述了機器人技術在航空維修領域的應用現狀和探索方向。

5.1 典型應用示例

（1）工業機器人在機械零件特殊修理過程中的使用。激光熔覆技術與熱噴涂技術廣泛應用于航空維修，以實現低熱輸入焊接、表面尺寸恢復目標。由于各種零件的形狀差異很大，零件之間受損的部分，修復過程中很難迅速準確地定位激光熔覆頭或噴槍。工業機器人的高度靈活性很好地解決了這個問題。

（2）機器視覺技術在零件外觀尺寸檢測中的應用。某類型飛機進氣道的防護柵欄必須在維修過程中直觀地探測近10萬個小孔中的檢測裂紋。其工作量是不言而喻的，其過程容易受到人為干擾，使維修質量難以控制，造成裂紋漏檢漏修，從而造成飛機最終維修質量的不確定性。為解決這一問題，現已將視覺檢測改為人眼檢測，以檢測防護柵的裂縫。捕獲的目標被機器直觀地轉化為圖像信號，并傳輸到專用的圖像處理系統。利用多種圖像處理技術自動識別、標注和存儲閉合裂縫。在檢測橡膠零件時，很難準確測量橡膠的幾何尺寸，即使由于其靈活性和實施效率較低。例如，采用了一種OGP圖像測量系統，將精密光學技術、先進的電子技術、強大的軟件功能和精密機器結合起來。可以非常精確地顯示任何零件的圖像，以獲得精確的測量結果。該系統利用機器視覺和圖像處理技術成功地測量了非接觸式橡膠部件，提供了比單接觸式系統更詳細的部件數據，并有效地解決了無法快速準確測量的小型橡膠部件的問題。

（3）在飛機大部分部件的運輸裝配中應用完整的全向移動技術。運輸和組裝某些大型部件一直是航空維修方面的一個難題。在此過程中，調整和配套工裝需要很長時間。因此，在全向移動技術的基礎上研制出了裝配全向車。車輛采用多種先進技術，如速度伺服、多軸精確運動控制和被動無線，實現車輛在平面上三個自由度的任意方向上的精確運動。在航空維修車間運行期間，該系統已成功地用于發動機、機載式配件以及武器和設備系統的運輸和組裝，并取得了良好的應用效果。

5.2 基于機器人智能升降的未來應用探索方向

（1）搬運和裝配。作為航空維修的一部分，有許多短距離運輸和重荷吊裝。傳統的起重方法是使用車間起重機進行起重作業，其控制精度和靈活性較低，難以滿足實際的工作需要。為此，可以使用機器人智能升降系統進行相關操作。一方面，它可以大大降低一線工人的勞動強度，另一方面，它可以提高大型零件運輸和裝配過程的靈活性和準確性[6-8]。

（2）基于機器人技術的除漆、噴漆。隨著我軍新型戰機，特別是新一代隱形戰斗機的服役，由于其隱形外殼的特殊性，對除漆、噴漆有許多嚴格的要求。目前的手工方法和操作方法將難以應用，這將對今后的油漆工作構成重大挑戰，而采用機器人技術進行自動油漆的引進和消化將不可避免地成為一種趨勢。

航空維修與航空制造有本質區別。在機器人技術的引進和應用過程中，需要改變以往的復制品，盲目尋求新的態度。要把現有的成熟機器人技術放在首位，把它們推向最佳應用，這是拓展機器人技術在航空維修領域應用深度的有效途徑。雖然機器人在航空維修領域的應用需要進一步發展和改進，但近年來機器人在航空領域的良好性能顯示出廣闊的發展前景。基于先進的機器人技術，航空維修市場的競爭將越來越激烈。提高企業綜合實力是航空維修業發展的重要方向。