蛇形臂机器人在航空制造业中的应用

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1、——垒旦旦垒丛垦E旦垒墨墨E凹堡!∑E坌堕!巳凹呈堕工．：i!；i!!：!塑蛇形臂机器人在航空制造业中的应用术ApplicationofSnakeArmRobotforAviationManufacture中航工业北京航空制造』：程研究所姚艳彬[摘要】对于结构复杂、布局紧凑的飞机零部件，其装配、检测以及清理的工作空间非常有限，人工操作难度高、劳动强度大、效率低常规的工业机器人由于关节尺寸的限制无法在狭小空间内完成这类作业蛇形臂机器人具有长径比大、自由度多，运动灵活以及环境适应能力强等优点，在航空制造领域具有广泛的应用前景。通过总结蛇形臂机器人的国内外研究现状

2、，对蛇形臂机器人在航空制造业中的应用进行了探讨，并提炼出了相应的关键技术j关键词：智能机器人蛇形臂机器人航空制造lABSTRACT】Forcomplexstructure，compactlayoutofaircraftparts，theassembly,testingandclean—upworkspaceisverylimited，themanualoperationisdifficult，labor—intensiveandlowefficiency．Also，theconventionalindustrialrobotscannotcompleteth

3、eabovejobinsuchasmallspaceduetothesizelimitationsofjoint．Snake—aimrobothasmanyadvantages，suchaslargeaspectratio，morefreedomofmovement，flexibilityandstrongabilitytoadapttotheenvironment．Thesnake—aimhasbroadapplicationprospectsinthefieldofaviationmanufacturing．Thecurrentsituationofre

4、searchonthesnake—aimrobotissummarized．Thesnake—aimrobotsap—plicationintheaviationindustryisdiscussed．Finally,thecorrespondingkeytechnologiesareextracted．Keywords：IntelligentrobotSnakearmrobotAviationmanufaeture近年来，由于机器人技术的迅猛发展，加之其投资低、柔性程度高、可达性好、工作性能稳定等优势，在飞机制造过程中得到大量应用。以波音787、A340、

5、A380、F一22、F一35等为代表的新型飞机，在其制造过程巾大量采用工业机器人进行钻铆、喷漆、焊接以及飞机制造性能的检测与测试，极大提高了飞机生产效率和质量可靠性j机器人用于飞机制造加工已成为当代飞机制造自。航空基金(20121625008)资助动化领域的技术热点和前沿性领域。对于一些结构复杂、布局紧凑的飞机零部件，其装配、检测以及清理的工作空间非常有限，人工操作难度高、劳动强度大、效率低。常规的工业机器人系统由于关节尺寸的限制在无法在狭小空间内完成这类作业，因此，仿象鼻、章鱼须或蛇等多关节柔性机器人应运而生。作为一种智能机器人，蛇形臂机器人具有长径比大、

6、自由度多，运动灵活以及环境适应能力强等优点，在航空制造领域具有广泛应用前景。1国内外研究现状1．1国外研究现状国外许多研究机构已经对应用于安检、医疗以及航空制造等领域的蛇形机械臂机器人进行了比较深入的研究二美国宾夕法尼亚州立大学研制的一种用于安检的蛇形臂机器人⋯。该蛇形臂由3段独立的气动驱动单元串联而成，在第一段的根部还有旋转装置，可以实现蛇形臂360。旋转。蛇形臂的末端安装有一个CMOS摄像头用于周围环境检测，每个端盘上分别安装了3个红外测障传感器。1walker等口1设计了一种名为Elephant’sTrunk的用于抓取物体的蛇形臂机器人(仿象鼻机器人)

7、，如图2所示。该机械臂总长83．82em，重量为4．0kg，由16个虎克铰构成，共计32个自由度．．在两个关节中间是一个圆盘形的结构，圆盘结构之间还布置了4个互成90。的弹簧，这些弹簧使得蛇形臂的结构更加紧凑，变形更加均匀平滑。美国波士顿大学研制了一种用于临床医疗手术的蛇形臂机器人Con(-entri(·一tubeLHI，该机器人有3个空心柔性管嵌套组成，总共6个自由度，通过改变每跟管子旋转的角度和伸出的距离，就可以改变整个机器人的长度和弯曲度实现机器人形状的控制，进而完成相关的医疗手术。Yoon等陋I使用弹簧作为中心支柱，设计了一个4自由度的柔性连续体蛇形

8、臂机器人，该机器人分为22014年第21期·航空制造