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小设备加工大飞船!移动机器人助推智能制造

时间:2024年02月05日 信息来源:本站原创 点击:1117 字体:

1月17日,天舟七号货运飞船发射升空,为正在中国空间站忙碌的神舟十七号航天员乘组送去新的货物。天舟七号货运飞船是世界现役货物运输能力最大、货运效率最高、在轨支持能力最全的货运飞船。像天舟货运飞船这样一个大型舱体的加工制造,涉及成型、加工、焊接、装配等多个工序,工艺要求很高。随着天舟货运飞船从标准型升级为改进型,航天科技集团五院529厂制造团队勇于攀登,持续探索升级优化工艺方法。

 

近年来,“小设备加工大产品”“设备动代替产品动”的加工模式受到青睐。航天大型舱体结构的超大尺寸超出现有机床加工行程,因此无法整体加工。而大型专用数控加工中心建造困难且造价高昂,超大型构件也存在转运风险大、研制周期长的难点。

 

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为解决以上问题,529厂将移动机器人设备作为“智能制造”与“航天器制造”相结合的创新点,采用移动机器人加工单元原位作业的模式,减少舱体在不同车间之间往返转运次数,实现从壁板零部件到整舱环焊原位加工,进一步提高天舟货运飞船生产效率和制造智能化水平。

 

铁打的工件,流水的机床

 

走进厂房,可以看到一台移动机器人正在天舟货运飞船的舱体上“排兵布阵”。凭借一个移动平台、一个机械臂和一个5自由度并联机构的功能单元,移动机器人灵巧地“行走”在天舟货运飞船的舱体边缘,进行铣削加工。

 

“传统的加工方式是‘铁打的机床,流水的工件’,而现在是‘铁打的工件,流水的机床’。”529厂移动机器人研制团队技术负责人打了个比方。

 

事实上,与大规模使用机器人的汽车行业不同,航天产品的特点决定了其加工不需要很多的机器人,而是需要具备柔性和智能性的机器人去完成一件件独立且不完全重复的任务。

 

换言之,研制这样的移动机器人需要多学科交叉融合,进行不同学科专业知识和技术的集成与协作,以满足3个基本要求,即“站得稳”“看得准”“干得精”。

 

大范围移动定位、局部精细化作业

 

那么移动机器人设备应该长什么样子?新的制造模式需要解决哪些新的问题?起初,研制团队带着这些问题在自然界中找灵感——

 

长颈象鼻虫具有长长的颈部,特殊的颈部结构可以提升它们头部可触及的范围并有力地支撑头部进行精细啃食,有利于撕咬树叶、构建巢穴;

 

啄木鸟在敲击树木的时候,会先攀缘在直立的树干上,利用两爪紧抓树干、楔形尾部支撑身体,依靠颈部发达而强有力的肌肉高速精细地啄木;

 

一些手工艺师在雕刻作品时,会通过腕部的灵巧定位,借由手指的精细动作完成精雕细琢的工作;

 

……

 

这些例子中都存在共同的特征,即大范围移动定位、局部精细化作业。

 

受这些自然界中生命体作业特征的启发,研制团队提出了一种移动式加工机器人的概念,由底部的移动平台、中间的机械臂和末端的执行器构成。末端执行器具有5轴联动运动的功能,可以将其想象为一个类似于人手的功能模块,代替人工进行加工作业。

 

兼具灵活性、效率和精度

 

“这种新设备与新模式的提出,给大型复杂构件的制造模式带来了很大变化。”529厂移动机器人研制团队技术负责人表示,这是一种介于机床和工业机器人之间的机器人化设备,兼具灵活性、效率和精度的优势。

 

移动机器人“底盘”具有很好的刚性,可以保证加工过程不变形。研制团队通过对移动机器人误差补偿与刚度优化,提升了机器人加工的轨迹精度与加工刚度。为了实现移动机器人的精确定位,设备还拥有一套跨尺度原位测量系统,并能通过研究移动机器人视觉定位,提高移动机器人找正定位的精度。

 

锚定航天智能制造,后续五院529厂将以低成本、轻量化、高柔性、高可靠性为目标,继续开展移动式机器人设备产品化设计,并针对制造能力薄弱环节开展能力建设,改进工艺设备,建设不同规模的生产单元或生产线,整体提升航天产品的加工制造能力。



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