用于柔性航空航天制造的直观机器人编程

机器人证明是飞机制造和装配的灵活工具。然而，他们的完整潜力是可以受到CAD / CAM环境中编程机器人的挑战的限制。集成离线编程，仿真，代码生成和路径光学元件的软件使得过程无缝和无错误。

机器人将改变航空航天工业，就像它们在20世纪70年代末和80年代彻底改变了汽车组装一样。生产率的提高和成本的节约推动了柔性机器人自动化的发展。

不像陆地上的同类，飞机有一些关键的不同，这违背了自动化范式。航空制造公差更紧，而组件往往更大和更重。与汽车、飞机产量相比而商用飞机的预期寿命是几十年，而不是几年。

全球对飞机的需求正在上升，使目前的制造资源紧张。波音公司的先进制造研究中心(AMRC)处于这一行业趋势的前沿。

“商用飞机的销售正在增加，”美国航空研究中心集成制造集团(Integrated manufacturing Group)主管本•摩根(Ben Morgan)表示。“大多数制造商已经将产能推到绝对极限，需要进一步的资本投资来达到目标。对于我们正在开发的一些平台来说，这个数字可能高达每月60架飞机，这是一个令人难以置信的数字。因此，制造业需要进行一步改革。”

这种变化将以柔性机器人自动化的形式出现。引领机器人进军的是复合材料在飞机部件制造中的出现。

航空航天复合材料的兴起
根据市场研究公司Lucintel的研究，预计到2017年全球航空航天复合材料市场预计将达到1120亿美元，在未来五年内复合年增长率为5.3％（来源：CompositesWorld）。

复合材料的重量通常比铝轻20%，寿命也比传统金属材料长。复合材料具有更高的强度重量比、更好的燃油效率和更长的服务间隔，对航空航天工业至关重要。

复合材料革命帮助喷气机扩展到机器人。机器人加工和材料去除越来越多地用于非金属和金属应用，包括大型商用飞机复合材料外壳和部件的铣削、钻孔、堆焊、铆接和水射流切割和修整。

机器人加工Prime
多年来，机器人正在凝视到他们计算机数量控制的国家的肩膀上。现在焦点已经转移了。

“随着机器人的进步在过去10年中，串行设备正在成为一个更可行的选择，”摩根说。“对机器人修剪，路由和马上的兴趣有一个繁荣。通过开发概念机器人修剪系统和我们在AMRC的设施，我们开始向高端汽车和航空航天制造商提供灵活的细胞是一些替代的传统的、昂贵的数控机床。”

AMRC成立于2001年，由谢菲尔德大学和波音公司合作成立。它位于英格兰谢菲尔德的一个庞大的高科技工业园区，雇佣了400多名研究人员和工程师，专注于通过测试和验证不同的技术实现制造业现代化，并拥有100多家成员公司，从全球航空巨头到当地小企业。

“我们正在谈论一些用于制造这些航空航天部件的大型数控机器的1500万美元，”摩根说。“对于机器人细胞，我们可能会看几十万美元。”

部署机器人的成本继续下降，而它们的刚性和准确性正在提高。机器人技术现在可以在广泛的航空应用领域展开竞争，这些领域以前仅限于定制机械，包括领先组装、钻孔和填充、自动胶带铺设(ATL)和自动光纤铺设(AFP)。

机器人编程的艰难之路
大多数顶级航空航天供应商都认识到在他们的子组装业务中部署机器人的优势，甚至已经为自动化划拨了年度预算。但对一些人来说，机器人编程是一个困境。

奇点、校准、碰撞、到达极限和运动粒度对于机器人系统来说是非常复杂的，并且会使为加工操作编写机器人程序变得特别麻烦。在错误中导航可能非常耗时。

习惯使用CNC机床的公司在尝试首次部署机器人时会被卡住。他们经常尝试使用机器人制造商的编程软件。但是，该软件通常用于模拟目的，而不是编程。在模拟环境中，您可以看到错误，但难度在于识别原因以及如何修复它。

另一种方法是尝试使用CAD/CAM点转换器，为不同类型的应用创建机器人轨迹。点转换器倾向于做一个快速和廉价的转换到机器人系统，但没有办法验证运动学和检查错误。

这些方法的主要问题是缺乏路径优化工具。一旦程序应用到机器人上，可能会有一段很长的验证期。

“当我们决定用机器人购买新的工具复合部件的新解决方案时，我们无法想象机器人世界如何从传统的CNC机器世界中显示出不同的方式，”Sogerma的Cad＆Cam生产工程经理Eddy Coubard说复合材料阿基坦。“新的词汇，新的工作方法，新的问题，这是一个挑战。”

Sogerma Composites Aquitaine庆祝成立30周年，是Sogerma集团的全资子公司，是由475个生产和研发人员，支持欧洲和世界各地的100多家主要供应商，拥有高性能的复合材料产品。

“我们以少量工具工具航空复合部件，这意味着我们必须首次获得机器人编程，”Coubard说。“否则，我们的成本急剧增加。”

“我们尝试的第一个机器人软件根本没有效率，”他说。“这需要在CAD/CAM软件中创建刀具路径，并用后置处理器编写一种g代码，然后在模拟器上读取g代码，最后才意识到大多数时候存在错误。然后我们必须回到CAD/CAM软件，通过另一个后处理器编写机器人代码。”

这是典型的情景。公司获取机器人，试图为加工操作部署，只能意识到他们没有适当的工作软件。

第一步,软件
一个更好的策略是:先考虑机器人编程软件。这应该在购买机器人系统时或甚至在购买之前完成。

CAD / CAM软件专为编程机器人而设计，解决了Singu-Larity，碰撞，关节限制，达到问题和手腕翻转的问题。合适的软件应自动计算和优化机器人轨迹，无缝集成外部轴，并提供即时视觉反馈。它应该易于使用，即使是用于机器人的运营商。

该软件还应支持离线编程，不中断生产现场，除了最终测试和微调。这样，转换就变成了并行操作，而不是顺序操作。

最近名为Cio Review Magazine的10个最有前途的工程设计解决方案提供商之一，加拿大蒙特利尔蒙特利尔蒙特利尔，发布了2002年第一家CAD / Cam的离线机器人编程软件。最新版本的RobotMaster®软件流程编程，模拟，代码生成和路径优化到一个集成解决方案。所有主要的机器人型号都得到支持。

Jabez technologies公司总裁Chahe Bakmazjian表示:“机器人可能是一个很难管理的设备。”“它由6个旋转接头堆叠而成，所以很难预测误差。通常在发生错误时就会遇到错误。没有警告。”

“飞机制造商通常会安装大型机器人系统，但他们只在他们知道可以避免错误的有限领域进行开发，”Bakmazjian说。“一旦他们想要走出这些地区，就会变得非常受限。”

COMPOSITES阿基坦公司的库巴德说，通过替换他们的旧软件，他们的编程时间减少了两到三倍。

“RobotMaster允许我们以与使用CNC机器相同的方式工作，”他说。“由于Robotmaster也与MasterCam®软件接口，我们能够快速，轻松地进行全7轴铣削和钻井。”

库巴德表示，他们正在使用Robotmaster为安装在轨道上的六轴机器人编程。其应用包括用于空客A330客机的玻璃纤维热保护部件和用于空客超级美洲豹MK II直升机的蜂窝部件。

“有了Robotmaster，我们就能拥抱机器人世界。现在，我们可以像以前用数控机床那样简单地加工复合材料零件。”“事实上，新的模拟功能非常强大，我们还没有充分利用它的所有功能。”

没有Robotmaster，Coubard说他们最有可能被遗弃的机器人，并回到旧的CNC加工方法。

没有错误的编程
在AMRC，摩根的团队利用机器人技术和计量技术，为航天和其他高价值行业开发组装复杂产品的新方法。

“过去三年，我们一直在与机器人大师合作，”摩根说。“该软件使我们的操作员和工程师能够快速有效地重新编程细胞，并优化机器路径。它具有很大的灵活性和控制力。”

“使用这种软件特别适合研究环境，因为我们的工作范围和部分可变性，”摩根说。“我们在这里不生产任何东西，所以通常我们只做一个、两个或三个部件，然后再转移到另一个部件。但航空航天领域本身也要求可重构性，所以我们用机器人主人满足了这一要求。”

操作人员报告说，该软件在第一次运行时100%有效，不需要手动教学干预或润色。它是没有错误的机器人编程，没有复杂性。非常简单，连新手都能用。

将灵活的机器人与先进的软件解决方案相结合。现在您可以自由地利用整个机器人工作区。最初出现的是一个具有多种方式达到同一点的超确定系统的缺点，现在已经成为一个提供复杂路径优化工具的机会。

机器人已经证明了他们的适航性。他们只需要合适的软件来实现他们的完整PO态。