飞机蒙皮缺陷检查机器人系统设计.pdf

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1、2012年2月机床与液压Feb．2012第40卷第3期MACHINETOOL&HYDRAUUCSVo1．40No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．03．025飞机蒙皮缺陷检查机器人系统设计牛国臣，-，胡丹丹，王漫(1．中国民航大学机器人研究所，天津300300；2．北京航空航天大学机器人研究所，j匕京100191)摘要：为实现飞机蒙皮缺陷的自动检查，使得飞机蒙皮检修工作有效进行，研究一种能在飞机表面爬行和进行无损检测的机器人。针对飞机蒙皮非对称变曲率的特点，提出了爬行机器人的总体设计方案，确定了其关

2、键机构及元件，并从安全性角度进行了详细分析，确定了机器人结构参数。设计了电动及气动相结合的控制系统结构，并研制了机器人样机。实验结果表明：机器人工作稳定可靠，验证了设计方案的合理性及可行性。关键词：飞机蒙皮；爬行机器人；缺陷；检测中图分类号：TP24文献标识码：B文章编号：1001—3881(2012)3—087—4DesignofaRobotforDefectInspectiononAircraftSkinNIuGuochenl'。HUDandan．WANGMan(1．RoboticsInstitute。CivilAviationUn

3、iversityofChina，Tianjin300300，China；2．RoboticsInstitute，BeihangUniversity，Beijing100191，China)Abstract：Toinspecttheaircraftskindefectsautomaticallyandmaketheinspectionworkeffectively，awallclimbingrobotwasdeveloped，whichcouldmoveonaircraftskinandtakenondestructiveexaminat

4、ion．Adesignschemeofaclimbingrobotwaspro—posed，aimingatthenonsymmetricalaircraftskinwithchangedcurvature，andkeycomponentswerechosen．Byanalyzingsecurityoftherobot，structuralp~ametemweredetermined．Acontrolsysteminwhichmotorcontrolwasintegratedwithpneumaticcontrolwasdesigned

5、，andtherobotprototypewasmanufactured．Experimentalresultshowsthattheworkoftherobotisstableandreliable．Sothedesignisreasonableandfeasible．Keywords：Aircraftskin；Climbingrobot；Defect；Inspection随着民用航空飞机投入运行时间的逐渐增加，飞结构检查的主要内容包括结构疲劳裂纹和腐蚀的机老龄化的问题日渐突出。如何确保老龄化飞机的安检查，目前主要以人工检查方式为主，

6、存在检测效率全运行，已成为亟待解决的重大工程技术问题。当低、漏检率高、作业危险等问题，如何实现飞机蒙皮前，腐蚀和疲劳性裂纹是对老龄化飞机造成破坏的根结构损伤和腐蚀的快速准确检查和定位成为研究热点。本原因。飞机增压边界结构(主要包括机身蒙皮、机器人携带无损检测传感器在飞机表面爬行，用舱门蒙皮及乘压隔框腹板等部位)区域及部件在飞于检查飞机蒙皮缺陷，具有高效、准确和安全的优机的每一次循环使用过程中，均承受不同程度的疲劳势⋯。高性能的运动载体是整个检查系统的执行系载荷，容易产生疲劳裂纹。同时，由于飞机多数时间统，对其进行深入研究具有重要意义。停

7、留在自然环境中，机身会产生腐蚀，特别是飞机增1设计目标压边界结构处的腐蚀又会加剧疲劳裂纹的扩展。而裂文中目标是设计出能在飞机蒙皮表面爬行的机器纹的大小和密度足以造成飞机结构不再满足其损伤容人，机器人的最基本功能是吸附功能和行走功能。飞限的要求，将导致灾难性的结构失效，造成结构断裂机表面较平滑，但机身有一定的曲率，所以要求机器破坏，这也是造成空难事故的重要原因之一。人能适应一定曲率的圆筒形表面。因此对机器人提出为保证老龄飞机的持续适航性，必须加强飞机结了以下几点要求：构维修和预防检查。美国联邦航空局(FAA)针对(1)应具有一定的吸附力，

8、其产生的吸力或摩老龄飞机问题成立了专门委员会，并强制规定：所有擦力能够大于机器人的重力，防止坠落；商业运营飞机每隔6年，或者达到24000飞行小时，(2)应具备一定的驱动力，能使机器人在飞机或者经过1200