航天制造与机器人

自从1903年莱特兄弟第一次飞行以来SpaceX将于2015年发射并着陆在美国，航空航天业的发展势头迅猛。我们很幸运。因为最初的双翼飞机基本上就是大风筝，由木头、金属丝和亚麻制成，由几组裁缝缝合在一起。是的，在铆工罗西之前有裁缝莎莉，或者Ida Holdgreve．

飞机仍然是“缝合”在一起的，但现在它们的金属和复合材料外壳是铆接和粘合的。而且，这些现代女裁缝越来越像机器人。

凭借其著名的可重复性，现在更高的刚性和精度，机器人是许多航空航天制造操作的低成本工具。钻孔、紧固、密封、喷漆和复合材料零件生产都受益。再加上增材制造，一种新的无铆钉技术可能会改变飞机的制造方式，机器人正在帮助塑造未来的航空航天工厂。

下次你登上飞机准备跨过门槛时，不妨往机身的侧面看一眼。你可能会对飞机生产中的所有工艺和技术有一种全新的欣赏。

飞机生产自动化
与飞机积压量高在美国，竞争非常激烈，而且许多飞机都在生产中，因此航空制造商很难实现自动化。对工人的人体工程学挑战，以及对生产力和质量的要求都在推动这一趋势。原始设备制造商及其顶级供应商正在部署机器人，以最大限度地提高效率并提高费率。

威廉·波音于1916年创办了波音飞机公司。今天，波音公司是商用喷气客机和国防、太空和安全系统的领先制造商。波音公司在芝加哥设有办事处，在美国和超过65个国家拥有超过16.5万名员工。在波音公司庆祝成立100周年之际，这家全球最大的航空航天公司继续通过一系列战略先进制造计划和项目挑战极限，其中许多项目包括自动化。

波音公司发言人Nate Hulings表示:“在考虑实施自动化时，我们关注的是通过消除人体工程学风险来提高员工安全的领域。”“我们还关注自动化可以提高质量和生产力的构建功能。先进的制造工艺将使我们能够通过提高生产率和改善流程来满足日益增长的未来费率。”

波音是最早采用机器人为飞机喷漆的公司，该公司在全球各地的飞机装配线上部署了钻孔和紧固机器人。

钻井机器人商用飞行
机器人的部署使航空工人免于重复性压力伤害，并减少了昂贵的返工。沿着机身爬行的自动钻孔和紧固机器正在帮助飞机制造商减少积压。这些机器人设备是关节工业机器人的远亲，开始在航空航天钻井和紧固作业中普及。

库卡系统公司业务管理总监Dan Friz表示:“紧固之于航空航天行业，就像焊接之于汽车行业一样。“这是连接过程的核心技术。当你开始观察像波音777这样的大型飞机时，每架飞机都有超过100万个紧固件。”

库卡系统北美有限责任公司，总部位于密歇根州克林顿镇，是一家为汽车、航空航天和替代能源行业提供自动化系统的全球集成商和供应商。姊妹公司库卡机器人设计和制造工业机器人。

机身直立，机器人在工作
波音公司与库卡系统公司密切合作，为其宽体商用客机开发先进的自动化制造工艺。这条机器人生产线被称为“机身自动直立建造”(FAUB)，用于组装波音777喷气式客机的前后机身部分。这条机器人装配线的几个方面使它与众不同。

传统上，铆接过程是由位于机身两侧的机械师手动完成的，进行重复的动作，对他们的肩膀、手臂和手施加相当大的张力和冲击应力。在一个昂贵且耗时的过程中，巨大的机身必须旋转，这样机械师才能符合人体工程学地进入铆接位置。

在FAUB工作空间中，机身在整个构建过程中保持“直立”。因为与人类不同，机器人可以在任何角度工作。

根据波音公司的说法，该过程还通过使用行列式组装(零件到零件索引)来简化面板和地板索引。行列式装配提供了一个更快的过程，通过使用部件的特征，如钻孔，快速对齐组件，而不需要额外的工具或夹具。

工人们从装载和组装楼板梁和框架开始建造，然后同步机器人在机身面板上工作，包括纵向和周向拼接。KUKA机器人从机身两侧工作，成对工作，同时钻孔和沉孔，插入紧固件，并完成铆接。

这个过程被称为钻孔、填充和压实。在机身外侧的机器人是钻孔，插入紧固件(填充孔)，并锤击它，而在内部的机器人是作为一个砧(扣压)，使被锤击的紧固件适当变形(称为“翻倒”)，并创建铆钉。

库卡系统公司还为机器人开发了多功能末端执行器，它可以夹紧组成机身的不同材料层，然后钻孔、填充和折叠——所有这些都是通过一个末端工具完成的。

KR QUANTEC机器人在库卡机器人公司制造的移动平台的帮助下沿着机身定位。的库卡KMP omniMove实现在任何方向的自主运动，而不需要在地板上进行人工标记。名为KUKA导航解决方案的专有软件利用车载安全激光扫描仪和车轮传感器的数据，使用SLAM(同步定位和测绘)技术创建周围环境的地图。

紧密的软件和硬件集成为这种先进的飞机装配过程实现了高度的精度和灵活性。我们在2015年1月的预测文章中首次报道了FAUB计划，当时我们报道了机器人与机器人的协作是一个日益增长的趋势。观看FAUB组装系统在行动，由波音公司提供．

FAUB生产线位于波音公司位于华盛顿州埃弗雷特的大型工厂。飞机制造商目前正在以较低的初始生产率使用该工艺。全速运转时，几对库卡机器人将协同工作，为每个机身安装大约5万个紧固件。

根据波音公司的说法，第一架采用FAUB工艺组装的777飞机于2015年12月交付。最终，当波音777X飞机于2017年投入生产时，机器人装配系统将为其机身进行钻孔、填充和压扣。

波音公司报告称，新的自动化流程有助于解决最严重的人体工程学问题，但预计其他剩余效益也会随之而来，包括质量、成本和流程。可量化的性能指标将在生产达到全速时公布，预计将在一年内实现。

机器人的准确性，不是一个矛盾修饰法
机器人以其重复性而闻名。但在精度和精密度方面，尤其是在航空航天工业所要求的水平上，机器人总是让位于机床。一家公司打算改变这种状况。

位于波音埃弗雷特工厂一箭之遥的是Electroimpact公司，世界上最大的飞机装配线集成商之一。客户包括所有主要的飞机制造商，其中许多使用集成商的定制自动化系统组装大型飞机结构。Electroimpact还集成了用于航空结构钻孔和紧固的机器人系统，以及用于复合材料飞机生产的机器人自动纤维放置(AFP)系统。

还记得我们之前给你看的机身紧抱紧固装置吗?是的，Flex Track。同一家公司。但对于一个拥有600多名工程师的组织，你还能期望什么呢?Electroimpact拥有20多项用于航空航天工业的自动化系统和工艺专利。我们稍后将探索他们的机器人AFP技术。

华盛顿州Mukilteo的电子冲击机器人系统负责人Russell DeVlieg说:“我们在五大洲都有机器人进行钻井应用。“最大的是波音公司，我们有787、777和737的钻井应用。我们在诺斯罗普·格鲁曼公司、庞巴迪公司、巴西航空工业公司和许多其他公司都有钻井系统。我们在中国的XAC(西安飞机有限公司)有机器人。

他继续说道:“这些典型的部件包括襟翼、机翼和机身系统。“我们用机器人触摸许多主要飞机。”

DeVlieg表示，2015年是机器人和定制机器蓬勃发展的一年。该集成商报告称，他们大约85%的机器人系统销售用于钻孔或钻孔和紧固，而约10%用于AFP，其余归因于取放和特殊应用。Electroimpact开发的一种专利系统用于钻井和AFP工艺，为飞机原始设备制造商及其顶级供应商的工厂车间带来了更多的机器人技术。

DeVlieg说:“自2001年以来，我们一直在使用机器人进行钻井和紧固作业。“刚开始时，我们用的是现成的机器人和它的控制器。”

他说，这种现成的解决方案适用于不需要严格位置公差的应用。但他们很快意识到，为了扩大机器人的应用基础，他们需要一个精度更高的解决方案。进入Electroimpact的专利精确机器人技术。

作为机械工程师和这项技术的发明者，DeVlieg解释说:“我们有一段时间的想法，在机器人的每个关节上都添加二次反馈，因为我们认识到反弹是机器人不准确的主要原因。”“消除间隙的一种方法是控制轴的输出，而不是它的输入，所以我们在每个轴的输出上安装了传感器并进行控制。我们在它周围关闭了位置环。”

DeVlieg说，他们仍然使用现成的关节机器人，但他们增加了二次反馈系统，并将机器人控制器换成了西门子CNC控制器，该控制器可以处理所有的过程功能、机器人运动和位置精度。

Electroimpact还为每个机器人创建了自己的运动学模型，以弥补批量生产产品在加工和装配公差方面的差异。他们将运动学模型与二次反馈系统的数据连接到CNC控制器中，以控制工具的位置，在这种情况下，是一个多功能钻井末端执行器或AFP头。虽然迄今为止只有库卡机器人被使用过，但DeVlieg说他们可以把它应用到任何机器人上。

“我们把它归结为一门艺术，”DeVlieg说。“获取数据并处理数字来生产一个精确的机器人需要大约两个半小时，而且全部是自动化的。我们没有测量或反馈信息来进行抵消。这都是实时精度。”

实惠的机床性能
该专利系统可实现+/- 0.25毫米的局部精度。Electroimpact能够实现定制机床的性能和控制，同时保持关节机器人的灵活性和低成本。DeVlieg表示，这符合构成Electroimpact客户群的越来越多的顶级航空航天供应商的需求。

“过去什么都是波音制造的。现在我们正在处理一级和二级供应商没有大的预算。他们仍然在为波音和空中客车生产零部件，所以他们希望在车间实现自动化，但这需要是他们负担得起的。首先，这款机器人价格实惠。”

机器人在灵活的发音和活动范围方面也独具一格。

“例如，你可以用一个机器人钻出机翼的整个前缘，”DeVlieg说。“你基本上是在180度旋转。你用一台机器在零件的前面、上面钻孔，然后在零件的后面钻孔，而不是试图设计一些定制的东西来做这些。”

领先的航空航天供应商正在重新审视机器人，因为它们具有增强的功能和可靠的灵活性。

总部位于堪萨斯州威奇托市的Spirit AeroSystems公司副技术研究员柯蒂斯·理查森说:“机器人在航空航天工业中的应用已经发生了演变。”“大约15年前，我们工厂里的机器人主要用于非精密应用。从那时起，由于工业机器人的能力得到了提高，我们已经能够将它们用于许多其他过程。”

Spirit AeroSystems在美国、欧洲和东南亚设有工厂，为世界上许多主要的航空航天原始设备制造商生产航空结构，包括波音、空客、庞巴迪、劳斯莱斯、三菱和贝尔直升机。核心部件包括机身、大型机翼结构、短舱、挂架、风扇罩、逆推力器和系统集成。精神航空系统公司拥有不止40个机器人在全球的生产应用．

理查森说:“我们在各种制造过程中使用机器人，钻孔和紧固可能是两个主要的例子。”“但我们也将机器人用于绘画和涂层应用检验流程，以及物料处理。”

像Yaskawa Motoman(如图)这样的机器人在钛和铝结构上钻孔，这些结构支撑着波音787喷气式客机机头部分的复合材料外壳。Spirit AeroSystems也使用机器人应用耐磨涂层在环绕或支持推进系统的结构飞机部件上，如机舱和发动机挂架。

目前，空客A350 XWB和波音787喷气式客机的复合材料零件的AFP加工使用了定制自动化或多轴头大型龙门系统。但理查森说，机器人在AFP中的应用是一个令人感兴趣的领域。

他说:“至少在五到十年前，航空航天制造业中存在的绝大多数自动化都被降级为定制自动化。“现在的趋势更倾向于将工业机器人作为大型定制自动化的有效替代方案。”

这正好是一家供应商的拿手好戏。Electroimpact为复合材料航空结构制造提供了定制的AFP机器和机器人。

用于复合材料航空结构的机械AFP
复合材料成为航空工业不可或缺的一部分已经有一段时间了。与金属材料相比，复合材料的结构强度和重量更轻，有助于提高燃油效率，减少飞机排放。AFP(自动纤维放置)过程使用计算机引导机器人在模具上放置一层或几层碳纤维胶带，称为“拖”，以创建复合空气结构。

“AFP在行业中的使用正在急剧增加，Electroimpact作为一家公司正在做更多的AFP工作，它正在成为我们总市场份额的更大一部分，”Electroimpact的AFP主管Kyle Jeffries说。

他指出，大部分工作都是用像Electroimpact这样的定制自动化机器完成的波音777X的AFP系统．

“我们制造的刚性机器就像法新社的赛车或法拉利。如果有人带着飞机结构来找我们，他们需要为未来30年的飞机项目建造飞机结构，他们会支付大量的定制费用。为了充分发挥效率，他们会针对特定的流程和形状进行大量优化。我们在AFP的很多利基市场都是制造法拉利式的高性能机器，这些机器是根据特定的航空结构部件量身定制的。”

机器人AFP仍然是一个新兴的趋势。杰弗里斯表示，他们的第一台AFP机器人于2013年投入生产，用于制造空客A350 XWB复合材料的弦和框架。Electroimpact的所有机器人AFP系统都利用了之前描述的精确机器人技术。

与重型机床相比，AFP机器人的主要优势是整体成本和交货时间。AFP机器人也更轻，因此对混凝土基础的要求不那么严格。它们的足迹也小得多。

机器人习惯于汽车工厂的高负载循环工作，可以毫不费力地完成通常低负载循环的AFP工作。机器人以15年或更长时间全天候以惊人的速度运行，在低负载循环AFP世界中有很长的维护间隔。

杰弗里斯说:“当你与客户讨论运营成本和持续成本时，机器人AFP系统非常经济。”“一切都是为了钱。

“很多时候，我们正在研究的部件超出了机器人的体积范围。但如果客户的零件能在轨道上的机械臂的范围内，那么我们总是会非常认真地看待这一点。

杰弗里斯继续说:“我们为航空航天做了很多低曲率部件。“对于低曲率部件，你可以很容易地在机器人旁边设置一个8英尺宽的部件，该部件的轮廓可以有2到3英尺深，然后只要你愿意放一个轨道，长度基本上可以是无限的。我们其中一个机器人的工作空间有8英尺宽，2英尺深，60英尺长。”

这视频演示了一个AFP机器人在轨道上铺设纵横交错的碳纤维胶带，然后由多层切割龙门架分割。你看到的发光是加热元件，它使每一层都很粘，所以后续的层很容易粘在一起。

一对轨道安装的AFP机器人与旋转定位器和你有一个迷人的舞蹈。查看这个用于航天器的AFP应用程序．同样，像Electroimpact的钻井机器人一样，这些AFP机器人都是CNC控制的。杰弗里斯表示，他们也在使用西门子的内置功能进行轴协调。

现在观看美国宇航局马歇尔太空飞行中心的专家们解释一下AFP机器人将如何被用来制造有史以来最大的复合材料火箭部件。

机器人机舱穿孔
虽然一些飞机的巨大尺寸往往决定了需要手工劳动或跨越组件宽度的大型机器，但正是航空结构的优雅轮廓使它们非常适合灵活的铰接机械手。

“机器人的设计真的非常高效，”Spirit AeroSystems公司的理查森说。“一个工业机器人很小，但它有很大的运动范围，你可以用它做很多事情。这是最大的促成因素之一。如果你有一个龙门架，你就有一个明确的，因此有限的活动范围，你被锁定在那里。这是非常困难的和成本过高的后期修改。它本身不像机器人那样具有可扩展性。”

他描述了波音737客机机舱(喷气发动机外壳)的机器人过程。

“这种特殊的应用是机器人的一个很好的展示，因为这是机器人能力增强的结果，使这一过程成为可能。这是一种非常强的应用。”

机器人工艺采用专利方法在复合机舱内层制造穿孔，以帮助抑制发动机噪声。

理查森说:“20多年来，我们一直在这样做。“在引入机器人之前，这是通过定制自动化完成的。机器人带来的是一种成本更低的替代方案。与使用定制自动化相比，它为我们节省了近400万美元。它使我们的足迹更小，几乎减少了50%。它给了我们更多可用的能力。”

有了这个机器人解决方案，精灵航空系统公司能够在两个加工区域工作。当机器人在一个区域工作时，工人可以在另一个区域准备零件或完成后处理工作。

理查德森说:“在不同部件之间切换不存在停机时间。使用自定义自动化解决方案，所有的准备工作都必须离线完成，然后再进入机器，导致停机时间。这是一个更有序的流程。我们可以与机器人并行工作。”

这种双区域工作区域是通过灵活的安全方法实现的。安全激光扫描仪监视机器人的工作区域，并结合最新的机器控制器上的安全技术，机器人的运动速度减慢或停止，以防止意外接触。有关这个灵活的安全范例的更多信息，请参见机器人安全足迹的缩小．

理查森补充说:“机器周围和相邻的工人都是安全的，但我们也能够通过没有阻碍产品流动的门来提高过程的效率。”

机器人不仅灵活，而且便携，特别是与大型龙门机或其他自定义自动化相比。下一个机器人在移动性上达到了新的高度。

机器人提升公务机装配
认真的商务旅行者相信公司的飞机能可靠地把他们从A地送到B地。公务机制造商依靠自动化来实现从设计到高效制造的全过程。在这个自动化解决方案中，机器人钻井可以移动。

库卡系统公司为湾流航空航天公司集成了一个移动机器人钻孔和紧固平台。弗里兹说，他们在乔治亚州萨凡纳的公务机制造商工厂有两个移动平台。

该移动平台支持配备多功能末端执行器的库卡机器人，可到达机身上的不同钻孔位置。它还允许工厂车间的移动。

该技术由Alema Automation开发，该公司于2014年被KUKA AG收购，KUKA AG是机器人和系统部门的母公司。库卡系统在法国建了一个新工厂以容纳航空航天集团的研发和生产。

该移动机器人平台用于新型湾流G500和G600公务机的机翼组装。机器人主要在飞机的机翼和水平稳定结构上钻孔，包括很难用人工钻孔的含钛部分。

战斗中的钻井机器人
战斗机也加入了战斗。库卡系统公司负责为诺斯罗普·格鲁曼公司的F-35闪电II中心机身集成装配线(IAL)集成5个机器人钻井站。诺斯罗普·格鲁曼航空航天系统公司位于加州帕姆代尔的工厂获得了2013年度最佳装配厂奖突破性的机身组装方法．

以前是人工作业，现在机器人只能对前后进气管道进行钻井作业。自动化的过程消除了对飞机机械师的人体工程学担忧和不安全的工作条件。

弗里兹说，选择发那科机器人进行这一特殊过程，主要是因为它们的到达能力。在2007年加入库卡系统公司之前，Friz曾在洛克希德·马丁公司的F-35闪电II项目工作。

“我是少数几个参与过F-35几乎所有主要结构组装的人之一。当我来到库卡，能够在中心机身上工作时，它覆盖了从机头到机尾的整个缺口。”

F-35战斗机的自动化可能会让汽车装配线羡慕不已。看它的动作．

从机头到机尾，机器人在航空航天工业的各种先进制造场景中取得了进展。

密封翼梁
斯科特·梅尔顿(Scott Melton)是发那科美国公司(FANUC America Corporation)的销售-西部地区总监，该公司总部位于密歇根州罗切斯特山，是北美最大的机器人制造商之一。梅尔顿在西海岸的总部与波音公司、诺斯罗普·格鲁曼公司、洛克希德·马丁公司和SpaceX公司等主要航空航天制造商密切合作。

他说，FANUC机器人用于航空航天领域的钻孔和铆接，涂层和油漆去除，铝结构的焊接和抛光。机器人还用于航空结构的密封应用，如翼梁，飞机机翼的主要承重支撑。

“用于密封的机器人类型是像我们这样的中型机器人m - 710系列集成电路梅尔顿说。“他们有所需的有效载荷和范围，因为点胶设备确实有一定的重量。你可以用这个机器人做一个相当大的部分，并覆盖相当大的运动范围。”

他说，机器视觉通常用于定位关节，并沿着接缝引导机器人。机器人密封是汽车行业的中流砥柱，多年来，该工艺在大批量生产中已经得到了完善。看看这组流水线上的发那科机器人，他们把引擎盖和后备箱打开，然后把密封剂涂到这辆毫无防备的汽车的角落和缝隙里。

现在想象一下类似的过程应用在飞机机翼的圆梁上。(但不允许“外部”摄像头。)

机器人密封并不是唯一借鉴汽车行业的自动化解决方案。绘画机器人已经覆盖了它。

用于航空结构的喷漆机器人
汽车工业完善了机器绘画的艺术在一代又一代。最近，一位航空航天先驱借鉴了他们陆基表亲的战术。

波音公司在其777商用客机的机翼上采用了机器人油漆工。机器人为飞机制造商的油漆生产线带来了一长串改进，包括更快的油漆应用，提高了表面质量，并显著减轻了重量。看看这个活力四射的二人组．

现在，机器人喷漆已经扩展到飞机的其他部位，比如机身、机尾、机头，甚至是舱门。川崎重工最近宣布与波音公司签订合同为新的777X客机制造货舱门。川崎汽车将在内布拉斯加州林肯市(川崎汽车制造公司(KMM)总部所在地)的分公司建立一条自动生产线，用于连接和喷涂复合材料货舱门。

川崎可能最出名的是摩托车或水上摩托，但在制造业中，川崎的代表意义远不止这些。它是一家跨国企业集团，包括造船商、发动机制造商、精密机械设计师、机器人专家和飞机制造商。看一看．

“我们在日本有一个完整的航空航天部门，专门负责为飞机制造公司制造零部件。但我们也制造自己的直升机和喷气式教练机，由川崎重工出售，这是从19世纪70年代以来我们作为造船商的根源演变而来的，”位于密歇根州Wixom的川崎机器人(美国)公司销售与工程-汽车/通用工业总监Ed Minch说。

“因为我们有自己的航空航天部门，我们提供工具，我们有机会实施新技术，最终可以出售和包装给航空航天制造商自己，”Minch补充道。

其中一项技术是川崎重工长期以来在机器人喷漆方面的专长。专门的防爆机器人被用于自己的工厂和世界各地的客户设施，从汽车、摩托车、家具到高速子弹头列车，都有它们的涂装。

加倍工作量
预定安装在KMM内布拉斯加州新波音777X生产线上的自动油漆工将是川崎KJ314型，这是一款为大型联赛设计的7轴底座机器人。第7个轴是一个额外的腰部，允许机器人在水平旋转的同时进行垂直旋转。

明奇说:“对于大型零件的喷漆，这是单个机器人的两倍多。”“机器人的工作范围翻倍是一个重大进步，可以在大型零件上继续喷涂路径。机器人可以放置在一个高架底座或线性穿越器上，并完全向下旋转180度，在整个运动范围内保持其工作范围(一个连续的运动)。”

大零件涂装的实际应用包括8级卡车、机车、直升机机身和飞机机翼。该机器人被放置在辅助线性轴上，可用于为商用飞机机身喷漆。明奇说，目标是非常大的结构，通常需要多个标准机器人。

他说:“这归结于部分的巨大。”“很长一段时间以来，他们一直试图通过在汽车上应用标准的喷漆机器人，在航空航天市场上实现自动喷漆技术。但你必须在辅助轴上非常有创意，才能让机器人升到高处，并从左向右移动它们。现在我们有了一个不需要这些的机器人。它的工作范围足够大，可以在没有额外垂直提升的情况下进行升降。”

川崎重工为波音公司设计的新机器人喷漆生产线预计将于2017年5月开始为货舱门喷漆。

涂装，材料处理于一体
Minch描述了加拿大航空结构组件制造商的另一项应用，该制造商正在为一架商用客机喷涂9英尺长的铝制机身到机翼框架结构。

Minch解释道:“他们正在使用我们的KJ314在一个展位上进行材料处理和喷漆。“他们必须在这些结构上涂上聚四氟乙烯涂层(和底漆，如图所示)，以保护它们在飞机寿命周期内不受元素的影响。油漆材料非常昂贵，零件也很昂贵，所以没有出错的余地。”

通常，这样的流程会包含一个自动化系统，每次一个零件被送入喷漆室进行喷漆。但不是这个机器人。

“这就是它的美妙之处，”明奇说。“制造商不想提供传送带，也不想让工人走进喷漆室。机器人的工作信封非常大，它可以从展位的一侧取出零件，放入展位中间的油漆夹具中，涂上油漆，然后将其放在展位的另一端，供操作员取出并放入固化烤箱中。

他补充说:“过去手工操作需要8个小时，现在只需3个小时。”“这个应用进展得非常好，他们正在研究机器人的其他应用。”

当一些机器人在喷洒它的时候，另一些机器人正在把它取下来。

机器人喷漆和油漆去除，大时代
油漆和涂层的去除是一项肮脏、危险的工作。非常适合机器人。这就是为什么美国空军与西南研究所(SwRI)签订合同，开发用于战斗机维护的机器人除漆系统。

机器人脱漆系统(RDS)使用9轴机器人喷洒塑料爆破介质，以去除国防和战术飞机上的油漆和表面污染物。RDS是为F-15、F-16和F-22战斗机设计的，据德克萨斯州圣安东尼奥市SwRI机器人和自动化工程助理主任Clay Flannigan说。他说，这些系统已经服役近25年了。

但SwRI的目标远大——远大得多。

RDS被限制在一个轨道上。SwRI知道，如果他们想要经济高效地将这一概念应用到商用客机和货机等大型飞机上，机器人就需要移动。在扩大规模之前，SwRI的研究人员通过使用计量参考粗纱精确机械手(Mr. ROAM)在小范围内验证了这些技术。

“漫游先生”由安川电机(Yaskawa Motoman)的7轴机械臂组成，它安装在一个全向底座上，底座上装有Mecanum轮毂，使移动机械手可以绕轴旋转，也可以向任何方向移动，甚至可以向侧面移动。该系统配备了大量机载传感器和先进的定位精度和协调运动软件。

看看漫游先生和喷气式战斗机油漆清除机器人的行动，由SwRI提供。现在想象一个rds风格的机器人，5层楼高，配备激光消融系统，并安装在自主移动平台上。

移动激光涂层去除机器人(LCR)将有50英尺高，有8个轴，能够达到90英尺高的空中，使其成为激光涂层去除的理想选择，最终用于商用客机的喷涂和检查。荷兰初创公司LR Systems B.V.正在为该项目提供资金，以实现该技术的商业化，并最初将其提供给客机MRO(维护、维修和大修)市场。SwRI的Flannigan表示，LCR计划在2017年年中部署。

嘿，吉尼斯世界纪录，你可能有了一个新的候选人，成为地球上最大(或至少是最高)的机器人。挪开特拉德尼诺龙．这些新型机器人将发射激光束。

移动机器人和人机协作(HRC)
不管有没有激光，移动机器人无论走到哪里都会引起人们的注意。移动自主机器人、agv和全向平台所提供的机动性和灵活性是航空航天工业日益增长的趋势。

沿着装配线缓慢运送飞机的系统，以及移动平台，这些移动平台将机器人和其他自动化设备移动到飞机周围的位置，甚至移动到工厂的其他部分，正在以各种形式出现。另一个密切相关的趋势是人机协作，这是航空领域的一个主要探索领域。

VALERI项目汇集了欧洲研究机构和工业合作伙伴组成的联盟，开发用于组装航空航天部件的移动自主机器人，并与人类同事携手工作，这是该项目对未来工厂的愿景。

波音刚刚获得了一项专利对于一个完全自动化的机身制造工厂，其概念是飞机和机器人都将在移动中。

波音研究与技术(BR&T)是波音公司先进的中央研发机构。为了确保技术在需要时随时准备好，BR&T进行自己的开发，并与世界各地的顶级政府、私人和大学研究中心合作，解决航空航天业最棘手的挑战。

BR&T参与了严格的认证过程RIA认证机器人集成商计划，是30个高水平集成商中唯一的飞机制造商。

波音公司代表Hulings表示:“作为系统集成商，外部对我们的知识、技能和能力的评估为我们的优势以及我们需要改进的地方提供了更大的视角。”“我们的战略是在技术与知识产权高度结合的领域进行自我整合，同时波音希望在这些领域防止信息泄露。波音成为经过认证的集成商，以确保我们的内部客户开发技术并将系统集成到生产中的团队有资格将技术带回家。”

该飞机制造商报告称，目前他们正在将动力和力量限制的协作机器人用于开发项目和生产操作。

“我们目前的重点是在力控和共享工作空间应用中使用它们(机械师和机器人在同一空间工作，但不是执行相同的任务)，”Hulings说。“我们正在探索能够实现真正协作操作(机器人和机械师一起完成任务)的机会和技术。我们看到了使用这种新型机器人技术的巨大机遇和优势。特别是，从位置控制应用到力和阻抗控制应用，使我们能够更紧密地模拟人们通过触摸和感觉工作的方式。”

与此同时,竞争对手空中客车公司已经构成了挑战．机器人无疑会响应这一号召。

库卡系统公司正在研究更多人机协作的应用。

“机会很多，”弗里兹说。“我们正试图让LBR iiwa机器人参与进来，因为我们有很多事情可以做，尤其是在航空航天领域，可以利用iiwa机器人的灵敏度和安全性。”

Friz指的是库卡LBR iiwa机器人．这种轻量级机器人具有动力和力限制技术，可以实现安全的人机协作。目前，库卡系统公司正在开发一种机器人工艺和专用末端执行器，用于在机身组装中使用的紧固件上自动化安装螺母。

发那科介绍业界首款35公斤有效载荷的协作机器人在2015年。FANUC CR-35iA机器人是受力限制的，设计用于与人类工人一起安全工作，不需要安全围栏。这款机器人已经在通用汽车公司投入生产，旨在帮助制造商解决人体工程学方面的挑战，解决对人类体力要求较高的工作，比如举重。

梅尔顿表示，他的一些航空航天客户对新型CR-35iA表示了兴趣，用于装卸型应用和数控机床维修。去年年底，有消息从位于日本富士山脚下的母公司传来发那科创下了安装机器人最多的世界纪录．他们将这一成就部分归因于新型协作机器人的流行。

梅尔顿说:“如果你能让机器人在这些飞机结构上与工人一起工作，那将是非常适合的。”“现在更多的是调查。移动和协作机器人将在航空航天业务中增长。”

Spirit AeroSystems公司的理查森认为，在航空制造领域，人机协作具有巨大潜力。

“我一直在说，这将是航空业的游戏规则改变者。我们在所有的工厂生产各种各样的飞机部件。我们有如此广泛的产品尺寸和配置。正因为如此，人类将继续在制造过程中发挥关键作用，特别是在我们的装配世界中，事情变得如此复杂。标准的工业机器人技术并不能让我们走到这一步。我们对像ROS-Industrial这样的软件工具很感兴趣，它可以为我们提供额外的功能，使我们的自动化更具适应性。

理查森继续说:“当你的产品生命周期以几十年为单位衡量时，利用这些技术非常重要，当它们成熟时，可以有效地集成到现有的制造环境中。”“对我来说，这是我们在协作和移动机器人等工具上看到的进步的完美配方ROS-Industrial．我认为这就是我们实现目标的方式。”

他指出，人类协作机器人背后的理念是，自动化是一种提高生产力的工具，而不是人类的替代品。

理查森说:“我们希望让自动化做它最擅长的事情，处理枯燥、肮脏、危险和最困难的任务，并允许人们做他们最擅长的事情，决策和指导工作。”“自动化将为我们带来最大的效益，补充我们的熟练劳动力。”

而HRC和移动机器人仍在航空工业中找到自己的位置。其他新兴技术也逐渐进入人们的视野。

没有铆钉的未来?
距离莱特兄弟的12秒短途旅行似乎已经有好几光年了。阿姆斯特朗为人类的飞跃已经过去了一辈子。航空航天业只是为了向过去致敬。它更喜欢向前看。

就在地平线上，我们看到新的连接技术将改变航空结构组装。

用于制造飞机结构的传统硬自动化铆钉机系统需要大型、特定部件的夹具来处理钻孔和铆接过程中施加的高力。这些专用铆接系统的成本可高达1500万美元。一项技术可能意味着铆钉和昂贵的专用铆接系统在航空航天应用中的终结。

川崎的新解决方案使用两个高刚性机器人，通过铆钉或填充摩擦点连接(RFSJ)(一种创新的金属连接方法)连接机身部分(如图所示)。据报道，RFSJ与使用摩擦热和锻造压力来连接材料的搅拌摩擦焊接类似，它取代了铆钉和紧固件，同时创造了一个没有头、孔或压痕的良好接头。一个技术论文在去年9月的SAE航空技术大会和展览会上发表了关于该主题的演讲。

RFSJ技术等方面的发展航空结构的先进连接方法威奇托州立大学的高级连接和加工实验室正在使用2013年捐赠的川崎填充紧固机器人。其他唯一的同类机器人在日本。

新的川崎MG10HL机器人将于今年晚些时候在美洲发布。它拥有1000公斤的重型载荷能力，具有高刚性和长范围，使其成为高反作用力航空航天应用的理想选择。据该公司称，机器人解决方案极大地简化了固定，并为飞机制造中的小批量生产提供了灵活性。

对于需要更高有效载荷的应用，将提供1500公斤的机器人版本。川崎公司最初的混合连杆机构结合了关节2(臂出-进)并联连杆和关节3(臂上-下)串行连杆配置，实现了1吨的最大载荷能力。影响运动精度的第二和第三轴采用高刚性滚珠丝杠，具有最小的间隙。根据川崎公司的说法，这可以减少手臂偏转，同时实现高定位精度。

Kawasaki MG10HL的高刚性也允许制造商使用机器人而不是专用的钻孔机来钻孔零件，提供了更高的生产灵活性和显著的成本节约。

真的吗，没有铆钉了?请允许我们表示哀悼。RIP,罗西。欢迎来到航空航天，机器人AM。增材制造，通常被称为3D打印，正在流行。机器人正在提高音量。他们一起颠覆了航空航天制造模式。

机器人+增材制造
当你把两种灵活的技术——增材制造和机器人技术——集成到现场演示中，并在全国各地推车时，会发生什么?你会得到一个让他们停下脚步的贸易演示．但你也创造了创意的催化剂，互补技术的测试平台，以及新范式的构建模块。这是一扇通往未来航空航天制造业的窗户。

由航空航天巨头洛克希德·马丁公司和RIA认证机器人集成商Wolf Robotics公司开发的多添加剂机器人集群自2014年首次推出以来一直在贸易展上引人注目。该集群展示了多种集成技术，以及未来如何将它们用于制造整个卫星总线。

位于科罗拉多州柯林斯堡的林肯电气公司Wolf Robotics的技术项目经理Jason Flamm说:“这个集群主要是作为一个概念验证和演示系统而创建的。”“现在，我们不局限于引进原材料，然后进行削减，”这是减法制造和增材制造之间的区别。“我们基本上可以从零开始，建立一个结构，然后根据需要添加部件。”

这个机器人集群是为丹佛附近的洛克希德·马丁空间系统公司开发的。

弗莱姆说:“他们的设想是让6到8个机器人聚集在一个建筑区域周围，并让每个机器人执行不同的制造功能。”这是洛克希德·马丁公司对未来工厂的设想．

随着现场展览在全国各地的展出，洛克希德·马丁公司和沃尔夫公司一直在逐步为该系统添加组件。每一次迭代都建立在下一次迭代的基础上，展示了更大的技术可能性。

最新版本的机器人由两个ABB机器人串联工作。第一个机器人致力于增材制造功能。它有一个挤压头，在结构成型时，不断地一层一层地沉积聚合物珠。另一个机器人是多功能的。它使用一个换刀器在加工头之间切换以去除多余的材料，一个结构光扫描装置来监控构建的进度，以及一组夹具来完成各种其他任务。

弗拉姆说:“我们还让机器人拿起一个较小的台式3D打印机，把它放在机器人构建的结构表面上，然后在上面打印精细的特征。”“我们能够做到以前做不到的事情，”他描述了他们如何在最新的迭代中将卫星燃料箱融入到结构中。“我们以一种其他方式无法做到的方式建造和围绕坦克。在最后一次展览中，两个机器人可能使用了六种不同的工具。”

在传统设备上，这种过程是连续进行的。你先构建，然后减去，然后再添加组件。这就是机器人和增材制造结合的美妙之处。所有这些过程都可以并行进行。在早期的迭代中，Wolf引入了一种专有的cad路径软件解决方案到机器人集群中。

弗拉姆说:“这就是我们在沃尔夫机器人公司能够提供的工程和软件支持，帮助洛克希德实现他们的愿景。”“我们倾向于研究那些需要更多工程支持的项目，无论是采矿业的大型系统，还是航空航天的复杂系统。这些市场需要更强大的工程技术力量。”

像洛克希德·马丁这样的大型跨国公司邀请全世界参观其技术试验是不寻常的。弗莱姆很感激这次经历。

“在游戏的这个阶段，他们非常开放，这对他们这样规模的公司来说是独一无二的。他们说，‘嘿，工业，这就是我们前进的方向。这就是我们的愿景，来加入我们吧!’参与其中是一个很好的过程。”

即使只是为了一睹一位技术领袖的经历和成功，被允许进去也是一件令人愉快的事情。看看我们要去哪里，看看这个行业为我们准备了什么。不只是作为先进技术的制造商、集成商和最终用户，而是作为飞行公众的一员，我们都有共同之处。

特别感谢波音公司发言人Nate Hulings的贡献。

本文介绍的RIA成员:

• 波音研究与技术
• 发那科美国公司
• 川崎机器人(美国)有限公司
• 库卡机器人公司
• 库卡系统北美有限责任公司(集成商会员)
• 西南研究院
• Spirit AeroSystems(用户会员)
• 狼机器人，林肯电气公司