在航空航天制造領域，工業(yè)機器人不僅要完成典型的點膠、焊接、噴涂、熱處理、搬運、裝配以及檢測等作業(yè)，還要進行鉆孔、鉚接、密封、修整、復合材料鋪敷、無損探傷等特種作業(yè)任務。與傳統(tǒng)制造行業(yè)不同，航空航天產(chǎn)品制造具有尺寸大、結構復雜、性能指標精度高、載荷重、環(huán)境潔凈度高以及材料特殊等特點，對工業(yè)機器人的結構、性能、動作流程和可靠性等都提出了更高的要求。此外，航天產(chǎn)品多品種、小批量的生產(chǎn)特點還要求工業(yè)機器人具有良好的作業(yè)柔性和可擴展性，通過快速重構可形成適應新環(huán)境、新任務的機器人系統(tǒng)
隨著工業(yè)機器人在航空制造領域應用的逐漸深入，一些不足也開始呈現(xiàn)出來，例如作業(yè)規(guī)劃和干涉碰撞檢測的自動化程度低、定位標定和離線編程等生產(chǎn)準備時間長、對作業(yè)柔性和可拓展性考慮不足導致設備利用率不高等，在航空產(chǎn)品單件小批生產(chǎn)模式下有時無法體現(xiàn)出機器人的優(yōu)勢。
因此，未來航空制造領域的工業(yè)機器人需要更好地適應單件、小批生產(chǎn)模式下多變的任務需求、復雜的場地環(huán)境，提高定位及運動精度，縮短離線編程和生產(chǎn)準備時間，提高設備利用率等，真正發(fā)揮出機器人的優(yōu)勢和特點。下列技術將成為共性的關鍵使能技術。
（1）高精度測量定位技術。工業(yè)機器人的重復定位精度高而絕對定位精度低，無法滿足飛機數(shù)字化裝配中絕對定位精度要求，因此需要高精度測量裝置引導機器人末端執(zhí)行器實現(xiàn)運動軌跡的伺服控制。目前來看，大范圍測量主要使用激光跟蹤儀和iGPS 等，局部測量中單目視覺、雙目視覺、手眼視覺、激光測距傳感器等各有所長，在某些特殊場合下，聲覺、力覺傳感器也有用武之地。可以預見的是，多傳感器信息融合技術必將得到進一步發(fā)展。
（2）末端精度補償技術。機器人末端精度受運動學插補、機器人負載、剛度、機械間隙、刀具磨損、熱效應等多種因素的影響，因此除了采用高精度的測量儀器外，建立定位誤差模型和補償算法也是提高定位精度的重要手段。為此，需要對機器人的關節(jié)剛度、位置誤差、溫度引起的變形等進行參數(shù)辨識，獲得誤差模型或誤差矩陣，進而通過精度補償算法對末端執(zhí)行器的定位提供伺服修正。
（3）智能規(guī)劃技術。機器人是自動化的載體，無論是鉆孔、噴涂、焊接、切割、裝配還是涂膠、點膠，最終都依靠機器人末端嚴格按照預定軌跡運動完成作業(yè)，因此軌跡規(guī)劃的結果直接影響機器人的工作效能和效率，而軌跡規(guī)劃的效率和自動化程度則直接影響生產(chǎn)準備時間。在對工藝深入了解的基礎上，實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、機器人軌跡優(yōu)化、自動干涉校驗、工藝參數(shù)與過程優(yōu)化是一個重要的研究方向。
為了提高機器人的智能化程度，諸如專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、進化計算、群計算、機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能方法將被大量引入，而圖像識別、語音識別、語音合成、自然語言理解等技術也會被廣泛應用于增加、改良人機交互方式。此外，云計算、大數(shù)據(jù)等技術的快速發(fā)展，資源共享、知識共享、數(shù)據(jù)挖掘等理念為提高機器人的分析、決策和協(xié)作能力提供了新的思路。
（4）機器人控制技術。由于工業(yè)機器人是一個非線性、多變量的控制對象，結合位置、力矩、力、視覺等信息反饋，柔順控制、力位混合控制、視覺伺服控制等方法得到了大量應用和研究，面對高速度、高精度、重載荷的作業(yè)需求，機器人的控制方法仍將是研究重點。
（5）機器人本體結構創(chuàng)新設計。由于航空產(chǎn)品結構的特殊性，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人有時無法滿足需求，隨著機器人技術在航空制造領域的逐漸深入，對專用、特種、非標機器人的需求越來越多，這意味著需要針對具體任務進行本體結構的創(chuàng)新設計，擴大機器人的應用領域。
（6）可重構柔性加工單元技術。在飛機的制造和裝配中，工裝型架數(shù)量多、尺寸大、種類多，是一筆很大的開銷。未來的工裝將采用模塊化設計，通過移動各種動態(tài)模塊改變工裝格局，適應不同尺寸和類型的產(chǎn)品。空客公司正在研制的“無型架數(shù)字化裝配技術中心”就是該理念的產(chǎn)物，該中心是一個軟、硬件相結合的裝配工作站，融合了一體化數(shù)字工裝和各項裝配、調整、檢測技術，可大大提高飛機裝配效率。
（7）數(shù)字化制造體系支持技術。在以基于模型定義（Model Based Definition, MBD）為核心的數(shù)字化工藝設計和產(chǎn)品制造模式下，由三維設計數(shù)模分別派生出的三維工藝數(shù)模、工裝數(shù)模和檢驗數(shù)模成為機器人作業(yè)規(guī)劃和離線編程的依據(jù)，因此基于三維數(shù)模的作業(yè)規(guī)劃、基于輕量化模型的裝配過程可視化、基于MBD 的數(shù)字化檢測和基于MBD 的集成數(shù)據(jù)管理功能不可或缺。此外，未來的機器人離線編程和控制系統(tǒng)需要更加開放，包括支持標準三維數(shù)據(jù)格式、提供標準化的數(shù)據(jù)訪問接口、與制造信息化系統(tǒng)互聯(lián)等。
伴隨著這些關鍵技術的突破和進步，未來的航空制造機器人將向智能化、柔性化、靈巧化、協(xié)作化的方向發(fā)展，以適應航空制造業(yè)日新月異的發(fā)展和不斷涌現(xiàn)的新需求：
（1）智能化。現(xiàn)有工業(yè)機器人需要通過人工示教或離線編程才能執(zhí)行作業(yè)。提高定位標定、作業(yè)規(guī)劃和碰撞檢測的智能程度，以縮短生產(chǎn)準備時間，是未來工業(yè)機器人的一個重要發(fā)展方向，人們甚至希望未來的機器人能夠對自身的行為進行實時規(guī)劃和控制，獨立自主地完成工作，而不是僅僅局限于動作重復。
（2）柔性化。傳統(tǒng)工業(yè)機器人追求速度和精度，其重量大、體積大、功耗大、剛性大，但在某些特殊場合下，具有關節(jié)力反饋能力和關節(jié)柔性的輕質機器人因其自重小、低功耗、較高負載/ 自重比和具備柔順控制能力等特點更具優(yōu)勢。
（3）靈巧化。航空制造經(jīng)常需要在復雜、隱蔽的產(chǎn)品空間內部進行作業(yè)，比如飛機壁板內部的監(jiān)測、標準件緊固及密封，以及進氣道的測量、安裝、噴涂、檢驗等，關節(jié)式冗余自由度機器人因其工作空間大、靈活性高等特點而呈現(xiàn)出良好前景。
高度靈活的Snake Arm機器人
在行走機構方面，工業(yè)機器人大多采用軌道結構，占用工作空間和地面大，廠房投入和維護成本高。在輪式或履帶式移動平臺上安裝工業(yè)機器人，從而達到圍繞零件移動制造的目的不失為一種更經(jīng)濟的辦法。利用真空吸附裝置等實現(xiàn)工件表面攀附的爬行機器人也值得關注。
（4）協(xié)作化。雙臂或多臂機器人越來越受到國內外眾多科研機構的高度重視，ABB、KUKA、YASKAWA等國際知名機器人制造商紛紛開展了相關產(chǎn)品的研制，目前已經(jīng)有利用雙臂協(xié)調機器人進行航空復合材料自動鋪放的報道。另外，盡管機器人技術的發(fā)展日新月異，但畢竟不可能完全取代人，將機器人集成到生產(chǎn)中，使機器人與人并肩工作，消除人機之間的防護隔離，將人從簡單枯燥的工作中解放出來，進而從事更有附加值的工作，一直是人們心目中最理想和最具吸引力的航空制造模式。2012 年底，德國、奧地利、西班牙等國家在歐盟第七框架計劃“未來工廠”項目的資助下聯(lián)合發(fā)起VALERI 計劃，其目的就是實現(xiàn)機器人先進識別和人機協(xié)同操作。空客也在其飛機組裝的未來探索（FUTURASSY）項目中做出了大膽嘗試，將日本川田工業(yè)株式會社研制的人型雙臂機器人應用于A380方向舵組裝工作站，與普通人類員工一起進行鉚接工作。
結束語
我國航空制造業(yè)正處于高速發(fā)展階段，新材料、新工藝的不斷出現(xiàn)和高質量、低成本、柔性化制造的需求使得企業(yè)迫切需要技術和設備升級改造，因此非常期待工業(yè)機器人技術的進一步發(fā)展，同時機器人技術與基礎理論研究的進步也為工業(yè)機器人在航空制造業(yè)得到青睞提供了機遇。可以預見的是，在我國大力發(fā)展航空技術的時代背景下，工業(yè)機器人必將在航空制造領域發(fā)揮更大的作用。
