Программное обеспечение помогает НАСА автоматизировать процесс программирования роботов

Автоматизация процессов с помощью робототехники может иметь множество преимуществ, но роботы требуют программирования, обычно ручного процесса, который может быть сложным и приводить к дорогостоящим проблемам, таким как столкновения. Проект NASA Advanced Composites Project работает над процессом, который не только автоматизирует осмотр фюзеляжей самолетов с помощью коллаборативных роботов (коботов) от Universal Robots, но и автоматизирует программирование коботов с помощью программного обеспечения от разработчика программного моделирования роботов RoboDK. Эта система может сэкономить время и деньги, обеспечивая при этом более качественные и стабильные результаты, чем полностью ручные процессы проверки.

Проект NASA Advanced Composites работает над улучшением методов, инструментов и протоколов, а также над сокращением сроков разработки и сертификации композитных материалов и конструкций по мере расширения их применения. Одной из его целей является ускорение проверки композитных конструкций и улучшение результатов измерений за счет обеспечения того, чтобы процедура проверки не пропускала ни одной области конструкции. Одним из методов проверки является инфракрасная термография, в которой используется точная вспышка света для создания теплового импульса. Когда материал остывает, исследователи анализируют, как тепло проходит через деталь, чтобы выявить скрытые дефекты и аномальные субструктуры, не повреждая деталь. Однако оборудование для инфракрасного контроля большое и тяжелое, и его необходимо перемещать по всей поверхности детали внутри и снаружи, чтобы обеспечить всесторонний контроль. Для ручного осмотра крупных изделий из композитных материалов, таких как фюзеляжи самолетов, требуется несколько операторов в течение продолжительных периодов времени, что увеличивает стоимость и сложность.

Чтобы автоматизировать этот процесс, Исследовательский центр НАСА в Лэнгли тестирует метод, использующий программное обеспечение от RoboDK для автоматизации программирования схем проверки для двух коботов UR10 от Universal Robots. Исследователи использовали программное обеспечение для создания компьютерной модели проверяемой детали, схемы проверки и движения инструмента проверки. Программное обеспечение имеет интерфейс прикладного программирования (API), который позволяет пользователям программировать роботов с помощью универсальных языков программирования, таких как Python, C#, C++, Matlab и Visual Basic.

После того, как процесс проверки откалиброван и коботы правильно расположены относительно детали, коботы могут следовать заранее запрограммированному пути, чтобы перемещать инспекционное оборудование в точные места вокруг фюзеляжа и удерживать оборудование на месте, пока оператор извлекает данные. .

Программное обеспечение можно настроить с помощью алгоритмов для автоматизации некоторых задач, таких как проецирование шаблона проверки на поверхность для имитации и создания программы проверки. Алгоритмы могут быть полностью или частично автоматизированы, то есть они генерируют траекторию движения инструмента в соответствии с определенными параметрами, которые могут быть изменены оператором или программистом робота. По словам генерального директора RoboDK Альберта Нубиолы, с помощью настраиваемых полностью автоматизированных алгоритмов роботы могут быть запрограммированы всего за несколько секунд. В проекте NASA Advanced Composites используется алгоритм, который создает траекторию движения инструмента по поверхности фюзеляжа, избегая окон и отверстий.

API программного обеспечения также позволяет пользователям создавать программы в автономном режиме и моделировать их перед загрузкой в ​​робота. «Автономное программирование робота очень полезно, когда вам нужно выполнить работу по планированию перед перемещением роботизированной системы в ангар или другое место», — говорит сотрудник НАСА по аналитической механике Джошуа Браун. Он добавляет, что функция симуляции также полезна, поскольку ее можно использовать для проверки таких проблем, как пределы осей и столкновения, которые являются потенциальной проблемой при использовании нескольких коботов. «Было довольно просто привести несколько роботов на станцию ​​и заставить их работать вместе практически до того, как вокруг будет летать настоящий металл», — говорит г-н Браун. После того, как программа создана и смоделирована, ее можно загрузить в робот, чтобы можно было начать осмотр без дополнительной настройки.

Система находится на ранних стадиях разработки, и г-н Браун говорит, что цель состоит в том, чтобы создать основу для системы инспекции и проработать некоторые детали. В настоящее время коботов необходимо вручную перемещать в разные области вокруг фюзеляжа, а затем повторно калибровать перед выполнением сканирования на основе поверхности в этой области. Следующий этап разработки включает в себя установку коботов на линейной сцене, что увеличит радиус действия системы примерно до 3 метров. Этот линейный столик также можно установить на другой линейный столик или пару линейных столиков, чтобы расширить радиус действия системы по другой оси или плоскости.

Эта система может сэкономить время и деньги, поскольку она позволяет одному оператору контролировать процесс проверки. Программирование и моделирование обеспечивают эффективность, поскольку роботы движутся по наиболее практичным и понятным траекториям вокруг самолета. Моделирование также может предотвратить потенциально дорогостоящие проблемы. Кроме того, у коботов есть система безопасности, которая отслеживает момент перехода в режим пониженной безопасности и прекращает работу при контакте с человеком. Это позволяет людям работать вместе с ними, поэтому во время инфракрасного контроля могут выполняться другие инспекционные или производственные процессы. Этот метод также может улучшить качество результатов проверки, поскольку его можно использовать для проверки всей детали.

Однако г-н Браун говорит, что на данный момент надежность, которую может обеспечить эта система, важнее, чем возможная экономия времени и денег. «Использование роботов означает согласованность и возможность вернуться и провести проверку точно таким же образом в том же месте без человеческой ошибки», — говорит он. «Люди-операторы просто не могут двигаться так, как роботы, поэтому мы инвестируем в это».