文档介绍：燕山大学
本科毕业设计(论文)文献综述

课题名称: 飞机表面清洗机器人结构设计与分析
学院(系): 机械工程系
年级专业: 08级机电2班
学生姓名:
指导教师:
完成日期: 2012年3月18日
国内外现状和研究成果
飞机表面清洗技术的发展可以分为三个阶段。第一阶段为手工操作阶段,由工人进行清刷工作。第二阶段为机械辅助人工操作阶段,利用专用的清洗机械辅助人工完成大型飞机的清洗任务,工作效率有所提高。第三阶段为自动化清洗作业阶段,自动化机械为飞机表面清洗工作提供了良好的条件和保障。

(1)龙门式飞规表面清洗机器人[1-3]
日本成田的新东京国际航空机场装备了计算机控制的龙门式飞机表面清洗机器人。装置在对应于飞机头部、机身前部、机身下部、机身后部、主翼、水平尾翼、垂直尾翼等位置处共安装了16台机器人,每台机器人手臂上安装了清洗刷,并在各个刷子的前端和清洗机器人各处安装了喷射水和清洗剂的喷嘴。
清洗时飞机由牵引车拉入装置内,然后利用仪器将测得的飞机准确位置传给计算机,同时利用此数据微调清洗装置的方位开始按一定顺序自动清洗机体,机器人手臂达不到的地方或用机器人不易清洗的地方再由人工利用长刷进行清洗。利用该自动清洗机器人清洗一架巨型客机只需5名机务人员约100分钟就能完成。
这种机器人由于采用了龙门式框架结构,装置近百米宽,对宽体大型客机的清洗非常适合,但对于一般的中小型客机的清洗就显得不太适合了。
(2)立架式移动清洗机器人
美国开发的SAAMS飞机表面清洗机器人主要由运输平台、竖直立架、带有6个自由度的可编程机器人三部分组成。
(3)长臂式移动清洗机器人[4-12]
德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司经过近5年的开发,研制出了长臂式飞机表面清洗机器人(如图1所示),目前已在德国法兰克福机场上岗工作。该清洗机器人的主要组成部分有机械系统、计算机、组合传感器、机器人控制器及液压系统,其核心部件是
AEG公司的IRC250机器人控制器和道尼尔公司的激光器。
图1 长臂式飞机表面清洗机器人
首先利用微机对航空公司的整个机队的飞机外形进行编程,并将飞机的机型数据输入计算机。工作时,机器人位于飞机的两侧,利用专用激光摄像机确定出机器人的精确工作位置,利用传感器得到飞机的三维轮廓,并将此信息送往计算机进行处理。。机器人开始清洗时,由装在车后部的AEG的IRC250机器人控制器控制清洗滚刷,按照预定程序沿着飞机表面做清洗运动。
清洗机器人的机械操作臂有9个自由度,它的机械臂向上可伸33米高,向外可伸27米远,且清洗机器人可以走近飞机,所以它可以清洗任何类型的飞机。由于机器人的臂很长,它能覆盖所有类型飞机表面的85%.只有机身下面等少数机器入达不到的部位或用机器人清洗不经济的部位需要用手工补擦。为了提高效率,手工擦洗可与机器人擦洗同时进行。通过使用机器人不仅减轻了工人的劳动强度,提高了工作效率,而且可以节省一半以上的水资源。例如,人工清洗一架波音747飞机需要100个工时,飞机在地面须停留10h,而机器人清洗仅需12个工时,飞机在地面停留2~3h。这样大大缩短了飞机的地面停留时间,增加了飞行营运时间,提高了经济效益。

(1)我国清洗机器人研究概况
目前,我国清洗机器人研究主要集中在用于建筑物的外墙壁、玻璃幕墙清洗的爬壁机器人,如图2、3所示。哈尔滨工业大学[13]、上海大学[14-15]、上海交通大学[16]、北京航空航天大学[17-18]等单位在这方面的研究较多,并有产品研制成功。此类机器人起源于20世纪70年代的日本[19-20],机器人主要依靠吸附力吸附在工作面上并移动。机器人按吸附功能分真空吸附、磁吸附和推力吸附三类。真空吸附机器人是通过真空泵装置,使吸盘内腔产生负压或由喷射器经喷嘴将压缩空气喷出,使周围形成真空,使机器人吸附在壁面上。它不受壁面材料的限制,但当壁面凹凸不平时。吸盘容易漏气,降低了吸附力和承载力,它产生的吸附力远小于磁吸附。磁吸附要求壁面必须是导磁材料,对壁面的凹凸适应性强,不存在漏气问题且结构简单。推力吸附是依靠螺旋桨或涵道风扇产生合适的推力,使机器人稳定可靠地吸附在壁面上。
图2 壁面清洗机器人图3 擦窗机器人
(2)我国长臂类机器人化机械研究概况
所谓机器人化机器是指在传统机械中引入机器人技术,使其具有机器人的功能。这一概念最早是由蒋新松院士提出来的。机器人化工程机械是工程机械的发展方向,工程机械的机器人化研究,不仅方便了工程机械作业装置的设计、分析、校核,而且也将成熟的机器人技术应用到工程机械中,对实现工程机