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多机器人如何“协同搬运”飞机大型构件？——航空制造中的机器人协调技术解析

1.航空制造的新难题：大型部件，越来越难“一个人干”

在现代航空制造中，机身壁板、机翼蒙皮、舱段结构等零部件正呈现出尺寸大、质量高、柔性强、精度要求*高的特点。传统依赖人工或单一大型装备的装配方式，正面临三方面挑战：操作空间受限、人工负担重风险高、精度难以保障。因此，航空制造开始引入多机器人协同操作（Multi-Robot Coordination），以替代人工完成大型部件的抓取、搬运和装配。

2.为什么“多机器人协同”并不简单？

直觉上看，多台机器人一起抬一个部件似乎并不复杂，但在工程实践中，问题远比想象中困难。大型构件不是“刚体”，航空部件通常是薄壁、柔性结构，例如机身蒙皮或复合材料构件。在多机器人同时施力的情况下，若协调不当，会导致局部应力集中；构件翘曲、变形；装配精度失控。因此，协同搬运必须考虑构件弹性行为，而非简单的刚体运动规划。机器人之间必须“力和位姿都一致”，在协同操作中，每台机器人不仅要知道“往哪走”，还要清楚自己施加了多大的力；其他机器人当前的状态；构件是否发生了非预期变形。这对多机器人同步控制、力—位姿协调提出了*高要求。

3.核心思路：协调，而不是“各干各的”

该研究围绕一个典型航空制造用例，提出了一套面向大型部件处理的多机器人协调框架，核心思想包括：主从式协同控制架构，系统采用主—从（Master–Slave）机器人结构：主机器人决定整体运动轨迹、负责全局路径规划，从机器人根据主机器人运动进行同步、通过力控制补偿构件变形。这种方式避免了多机器人“各自为政”，降低了协调复杂度。力—位姿混合控制策略，为适应柔性航空构件，系统引入位置控制保证整体运动精度，通过力控制限制对构件的附加载荷。通过混合控制，使构件在搬运过程中保持受力可控、变形*小。在线感知与状态反馈，系统集成了多种传感手段，用于实时感知协同状态，包括：机器人末端力/力矩传感器、机器人自身编码器、构件姿态与相对位置信息。这些数据用于动态调整各机器人动作，实现闭环协同。

4.航空用例验证：不仅“能搬”，而且“搬得准”

论文以航空制造中的大型构件处理场景为例，对所提出的方法进行了验证。结果表明：多机器人可稳定完成构件的抓取与同步搬运、构件变形显著低于非协调控制方式、在复杂路径和姿态变化过程中，系统保持良好稳定性。这说明，该方法不仅在理论上可行，在实际航空制造场景中也具备工程应用潜力。

5.这项技术对航空制造意味着什么？

从工程视角看，多机器人协调技术的意义不仅在于“省人”，更在于：提升装配一致性与重复精度；降低大型构件装配过程中的结构风险；为自动化总装与数字化工厂提供关键支撑。随着航空构件尺寸持续增大、复合材料比例提升，多机器人协同处理将成为高端航空制造的关键基础能力之一。

来源：Robot Coordination: Aeronautic Use Cases Handling Large Parts