飞机整机自动化涂装系统
课题来源：
国家科技支撑计划：大型飞机自动化喷涂设备研制与应用示范
中国飞机制造有限公司横向合作课题
自然科学基金区域联合课题：基于索并联机构的大型复杂表面涂装机器人理论及应用研究
1. 基于三维运动台和工业机器人的喷涂系统
面向ARJ21和C919等国产飞机的生产制造过程，开展飞机整机的自动化涂装研究。采用索驱动大跨度运动平台搭载工业机器人，开发了飞机整机自动化喷涂系统，终点解决了精确定位、刚柔耦合振动和站位优化等一系列问题。与上海飞机制造有限公司合作，实现了小规模的示范应用。
根据飞机表面大空间喷涂要求，设计开发了基于三维空间运动平台和工业机器人的飞机整机自动化涂装系统，如图1所示。喷涂机器人机械系统主要分为运动实现机构、导向与升降结构、末端喷漆装置、避撞防护装置。在结构设计方面，各部分机构与结构之间采用模块化设计的理念，实现喷涂机器人机械系统的总体设计。根据作业工艺要求、喷涂过程工艺参数及工作特点，研究飞机待涂装表面突变部位多、防撞设计要求高、空间运动要求特殊、喷涂轨迹规划困难等条件下喷涂机器人机械系统的运动学、动力学和几何结构设计。
基于三维空间运动平台和工业机器人的飞机整机自动化涂装系统
结合飞机表面喷涂作业工艺，对喷涂工作中机器人站位和轨迹规划进行了研究。结合整机表面形貌特点和串联工业机器人的工作空间，建立了三类规则片区单元，并在此基础上实现了片区单元的高效排布，形成了工业机器人的站位规划方法，有效减少工业机器人的移动次数，提高了涂装效率。针对柔性支撑条件下，终端喷涂轨迹存在的轨迹误差问题，建立了柔性支撑平台的振动响应模型，并通过DASP动力学参数识别系统测试柔性支撑平台的模态参数，利用该模型预测出机器人在直线喷涂轨迹下柔性支撑平台的振动规律，从而建立起基于轨迹补偿的刚柔祸合机器人系统的局部轨迹规划策略。该轨迹补偿策略弥补了传统机器人轨迹规划未考虑柔性基础平台扰动的缺陷，进一步提高了刚柔祸合机器人系统的抗干扰能力及其终端精度。
面向飞机整机自动化涂装的站位规划
2.基于索并联机构的宏微机器人涂装系统
索并联机构在超大尺度表面涂装方面已显现出巨大的优势和应用潜力，为大型装备的复杂表面自动化涂装技术与装备创新提供了新方法。针对大型复杂表面的自动化涂装，既要实现超大工作空间，同时需要良好的终端精度和灵活度，完成对复杂表面的跟踪，实现精细的涂装作业。为此，课题组提出了由两级索并联机构串联组成的宏微机器人系统。第一级索并联机构为宏机器人，用于实现超大工作空间的运动能力。第二级索并联机构为微机器人采用对拉式结构，串联安装于一级索并联机构的动平台上，实现喷枪的精确定位，保证涂装作业的精度和质量。通过宏机器人实现微机器人的大范围空间定位，通过微机器人实现局部片区的高精度喷涂，最终通过宏微机器人的协同作业，高效的完成大型装备的表面涂装。
基于索并联机构的宏微机器人涂装系统
这种基于柔性绳索驱动的高效高精度涂装作业方式对索并联机构的构型设计、抑振控制和终端精度保证提出了更大的挑战。同时，面向涂装应用实际，为了保证装备的安全性、可靠性和适用性，对索并联机构的轨迹规划、快速示教和状态监控等技术提出了更高的要求。针对其理论和应用中的各向关键问题，课题组目前仍在研究中，主要研究内容包括：1）高性能索并联宏微机器人的结构设计与优化；2）刚柔耦合特性分析及主动抑振控制；3）索并联宏微机器人一体化涂装轨迹规划；4）基于自学习的智能化主从快速示教；5）索并联机器人动态可靠性监控及涂装质量在线监测。