先进制造技术

本项目针对国内高端装备制造业信息化、自动化、智能化的需求，研制一套以“智能载荷平台+机器人末端执行器+数字化制造系统”为核心的可产业化智能化柔性制造系统，覆盖钻铣、抓取、测量等3个典型作业类型，突破多现场总线集成通信，高精度补偿、路径规划与仿真等关键技术。以大型舱体类复杂构件生产、装配为对象，解决大型舱体类复杂构件加工及装配过程中大量采用手工作业、自动化及数字化程度不高的问题，提升我国高端装备制造的智能化和柔性化水平。 本项目面向高端装备的智能化柔性制造需求，研制一套适用于高端装备的智能化柔性制造系统，系统主要由三个部分构成：可移动机器人装备、可移动机器人控制子系统、导航与定位子系统。智能化柔性制造系统通过上述三部分子系统，实现整个加工过程的闭环控制，具体研究内容如下： （1）可移动机器人装备研究 可移动机器人装备由铣削、检测、抓取等3个单元组成，每个单元由全向智能移动平台、机械手、末端执行器和相关的工装和附件组成。 具体包括末端执行器系列化研制、移动平台稳定支撑与调平机构定型以及可移动机器人模块化研制，主要目的在于实现末端执行器系列化、型谱化，实现末端执行器、平台和机器人机械接口、电气接口的通用化设计，实现可移动机器人各部件的快速标准化连接。 （2） 可移动机器人控制系统 控制系统通过对导航与定位子系统提供的多维测量数据进行解算，负责对各个可移动机器人的运动和状态进行控制，实现可移动机器人中全向智能移动平台、机械手、末端执行器的有效运行和实时性轨迹控制。接收智能调度与制造信息管理系统下发的机器人路径代码，解算后下达至各可移动机器人。可移动机器人的控制系统主要包括末端伺服控制系统、移动平台控制系统、机器人伺服控制系统以及接收iGPS导航定位系统。 （3）导航与定位系统 导航与定位系统用于导引可移动机器人，并对可移动机器人在移动、定位及加工时存在的误差进行补偿，包括导航系统研制与末端定位系统研制，主要目的在于进一步提升该系统的定位和检测效率，提高可靠性，实现与智能调度与制造信息管理系统数据传输接口的通用性，为智能调度与制造信息管理系统的路径规划、分析和导引提供数据支持。

以我国高端装备制造业目前的发展速度来看，未来我国在智能化装备需求方面将呈现逐年递增的势头。该智能化柔性制造系统不仅可以应用于轨道交通动车车体、航天器、武器等装备的数字化制造，解决大尺寸加工、外形复杂、制造柔性差和自动化程度低的问题，而且在例如航空、船舶、核工业、国家电网、特殊试验等有毒有害的作业场合具有巨大的应用前景。 在航天领域，针对航天领域大型航天器舱体、卫星等结构产品结构尺寸大、重量大、制造批量小等特点，该智能化柔性制造系统能够解决在组合加工、焊接、检测、装配、抓取与搬运等过程中的瓶颈问题。具体可归纳如下： （1）大型航天器平台结构的组合加工：采用“可移动铣削机器人”可以代替传统的超大型加工设备，既可灵活的完成各结构局部的精加工要求,又不受场地限制，甚至可以实现在线加工，产品无需反复吊装、转运和建立基准，极大的提高生产效率。 （2）舱段的运输和对接装配、单机设备的总装：采用“全向智能移动平台+通用姿态调整模块”，则可以实现舱段级产品的自动水平调整、X、Y向位置的任务调整，替代专用的舱段对接非标设备；采用通用“可移动助力机器人”，可以替代各用专用的设备支撑移动工装，并且可以智能跟随操作者的动作，极快的完成单机设备的精确安装。 在航空领域，飞机总装过程仍有大量的手工操作，局部装配环节采用了一些数字化装配技术，多品种、变批量生产快速转换能力不强。智能化柔性制造系统在该领域的应用体现在： （1）飞机部装与总装过程的制孔、铆接，可以利用“可移动式制孔机器人”，极大的提高生产效率和制孔质量。 （2）飞机对接时接口加工、装配和转运：采用“全向智能移动平台+通用姿态调整模块”， 可以实现飞机大部件的精确姿态调整；采用“可移动铣削机器人”，可以实现接口部位的组合加工，确保接口位置尺寸区配；采用“可移动制孔机器人”，可以实现任意位置的铆钉孔和螺钉孔加工。 （3）飞机维护、检修过程中的拆装、物资运输等：采用“全向智能移动平台”以及“可移动机器人”，可以非常便利的满足操作时的产品转运及辅助支撑的需要。 在武器装备制造领域，导弹等总装阶段由于整体较长，难以吊装到普通机床上进行传统机械加工。各种配套仪器的安装只能依靠人工划线配钻、配作的方法。若使用移动机器人携带铣削末端执行器则能够有效解决上述难题，避免了吊装困难，也摆脱了普通机床的加工尺寸限制。采用可移动机器人携带钻孔末端执行器和CCD摄像头，还可通过图像识别技术建立已加工部位的数据，并根据数据直接对零件进行加工操作。主要包括： （1）导弹结构、机构装配操作等可以采用全向可移动铣削、钻孔、检测机器人，提升弹体加工精度和效率； （2）导弹对接、姿态模拟、总装测试、运输与移动操作等过程，可以采用全向可移动装配机器人，提升装配质量和效率。 同时，在海洋工程领域，我国造船业也朝着智能化、数字化的方向升级。概括起来，柔性制造与装配技术在船舶生产中的应用主要包括： （1）物料及钢板的搬运、拼接，可以采用全向移动搬运、抓取机器人，并陪送到指定位置进行拼接； （2）船体结构装配过程中，可以采用全向移动焊接机器人，满足特殊工况下的船体及船上设备的快速焊接； （3）大型军舰上舰载机的导弹等可采用全向移动装配机器人实现快速精准组装。 另外从竞争对手方面分析，目前国内智能化装备领域尚未形成成套的，涵盖整个智能化装配生产线的系统级产品，而国外产品进入国内由于价格等相关因素尚需时日，因此如果抓住这一时机，可以提前抢占市场，获得最高的市场利润率。