NASA использует RoboDK для автоматизации программирования коботов при инспекции фюзеляжа

Автоматизация процессов с робототехникой может иметь многочисленные преимущества, но роботы требуют программирования, типично ручного процесса, который может быть сложным и приводить к дорогостоящим проблемам, таким как столкновения. Проект NASA Advanced Composites работает над процессом, который не только автоматизирует инспекцию фюзеляжей самолетов с использованием коллаборативных роботов (коботов) от Universal Robots, но и автоматизирует программирование коботов с ПО от разработчика роботизированной симуляции RoboDK. Эта система имеет потенциал сэкономить время и деньги, предоставляя лучшие, более последовательные результаты, чем полностью ручные процессы инспекции.

Цели проекта и метод инфракрасной термографии

Проект NASA Advanced Composites работает над улучшением методов, инструментов и протоколов, а также сокращением сроков разработки и сертификации композитных материалов и структур по мере увеличения их применений. Одной из целей — ускорить инспекцию композитных структур и улучшить результаты измерений, гарантируя, что процедура инспекции не пропускает никаких участков структуры. Один метод инспекции — инфракрасная термография, которая использует точную вспышку света для создания импульса тепла. По мере остывания материала исследователи анализируют, как тепло течет через деталь, чтобы выявить скрытые дефекты и аномальные подструктуры без повреждения детали. Однако инфракрасное инспекционное оборудование велико и тяжело, и его необходимо перемещать по всей поверхности детали внутри и снаружи для обеспечения комплексной инспекции. Ручные инспекции крупных композитных продуктов, таких как фюзеляжи самолетов, требуют множества операторов на длительные периоды, добавляя стоимость и сложность.

Автоматизация с RoboDK и UR10

Для автоматизации этого процесса NASA Langley Research Center тестирует метод, использующий ПО от RoboDK для автоматизации программирования паттернов инспекции для двух коботов UR10 от Universal Robots. Исследователи использовали ПО для создания компьютерной модели детали для инспекции, паттерна инспекции и движения инспекционного инструмента. ПО имеет интерфейс прикладного программирования (API), позволяющий пользователям программировать роботов с использованием универсальных языков программирования, таких как Python, C#, C++, Matlab и Visual Basic.

После калибровки процесса инспекции и правильного позиционирования коботов относительно детали, коботы могут следовать предварительно запрограммированному пути для перемещения инспекционного оборудования в точные локации вокруг фюзеляжа и удерживать оборудование на месте, пока оператор извлекает данные.

Алгоритмы и офлайн-программирование

ПО может быть кастомизировано алгоритмами для автоматизации некоторых задач, таких как проецирование паттерна инспекции на поверхность для симуляции и генерации программы инспекции. Алгоритмы могут быть полностью или частично автоматизированными, означая, что они генерируют траекторию инструмента согласно определенным параметрам, которые могут быть модифицированы оператором или программистом робота. С кастомными полностью автоматизированными алгоритмами роботы могут быть запрограммированы за всего несколько секунд, говорит CEO RoboDK Альберт Нубиола. Проект NASA Advanced Composites использует алгоритм, создающий траекторию для робота на поверхности фюзеляжа, избегая окон и отверстий.

API ПО также позволяет пользователям создавать программы офлайн и симулировать их перед загрузкой на робот. «Офлайн-программирование робота очень полезно, когда вам нужно сделать планировочную работу до перемещения роботизированной системы в ангар или другое место», — говорит ассоциированный аналитический механик NASA Джошуа Браун. Он добавляет, что функция симуляции также полезна, так как ее можно использовать для проверки проблем вроде пределов осей и столкновений, которые являются потенциальной проблемой при использовании множественных коботов. «Довольно просто было ввести нескольких роботов в станцию и заставить их работать вместе виртуально до того, как настоящее железо начнет летать», — говорит г-н Браун. После создания и симуляции программы ее можно загрузить на робота, так что инспекция может начаться без дополнительной настройки.

Перспективы развития

Система находится на ранних стадиях развития, и г-н Браун говорит, что цель — установить фреймворк для системы инспекции и проработать некоторые детали. В настоящее время коботы должны перемещаться вручную в разные зоны вокруг фюзеляжа и затем перекалиброваться перед выполнением сканирования на основе поверхности в этой зоне. Следующая фаза разработки включает монтаж коботов на линейную стадию, которая расширит досягаемость системы примерно до 3 метров. Эта линейная стадия также может быть смонтирована на другую линейную стадию или пару линейных стадий для расширения досягаемости системы в другую ось или плоскость.

Эта система имеет потенциал сэкономить время и деньги, так как позволяет одному оператору контролировать процесс инспекции. Программирование и симуляция обеспечивают эффективность, потому что роботы движутся по наиболее практичным и комплексным путям вокруг самолета. Симуляция также может предотвратить потенциально дорогостоящие проблемы. Кроме того, коботы имеют систему безопасности, которая контролирует, когда переключаться в режим сниженной безопасности и останавливает операцию при контакте с человеком. Это позволяет людям работать рядом с ними, так что другие инспекционные или производственные процессы могут происходить во время инфракрасной инспекции. Этот метод также имеет потенциал улучшить качество результатов инспекции, так как может использоваться для обеспечения того, что вся деталь инспектирована.

Однако г-н Браун говорит, что на данном этапе надежность, которую может обеспечить эта система, более ценна, чем возможная экономия времени и денег. «Использование роботов означает последовательность и способность вернуться и сделать инспекцию точно так же в точно таком же месте без человеческой ошибки», — говорит он. «Человеческие операторы просто не могут двигаться как робот, и именно поэтому мы инвестируем в это».