Software helpt NASA het programmeerproces van robots te automatiseren

Het automatiseren van processen met robotica kan tal van voordelen hebben, maar robots vereisen programmering, een typisch handmatig proces dat complex kan zijn en tot kostbare problemen zoals botsingen kan leiden. Het NASA Advanced Composites Project werkt aan een proces dat niet alleen de inspectie van vliegtuigrompen automatiseert met behulp van collaboratieve robots (cobots) van Universal Robots, het automatiseert het programmeren van de cobots met software van robotsoftwaresimulatieontwikkelaar RoboDK. Dit systeem heeft het potentieel om tijd en geld te besparen en levert tegelijkertijd betere, consistentere resultaten op dan volledig handmatige inspectieprocessen.

Het NASA Advanced Composites Project werkt aan het verbeteren van methoden, hulpmiddelen en protocollen en het verkorten van de ontwikkelings- en certificeringstijdlijnen voor composietmaterialen en -structuren naarmate hun toepassingen toenemen. Een van de doelen is om de inspectie van composietconstructies te versnellen en de meetresultaten te verbeteren door ervoor te zorgen dat de inspectieprocedure geen delen van een constructie overslaat. Een van de inspectiemethoden is infraroodthermografie, waarbij een precieze lichtflits wordt gebruikt om een ​​warmtepuls te creëren. Terwijl het materiaal afkoelt, analyseren onderzoekers hoe de warmte door het onderdeel stroomt om verborgen gebreken en abnormale onderstructuren te onthullen zonder het onderdeel te beschadigen. Infraroodinspectieapparatuur is echter groot en zwaar en moet over het gehele oppervlak van het onderdeel van binnen en van buiten worden verplaatst om een ​​uitgebreide inspectie te garanderen. Handmatige inspecties van grote composietproducten, zoals vliegtuigrompen, vereisen meerdere operators voor langere tijdsperioden, wat de kosten en complexiteit verhoogt.

Om dit proces te automatiseren, test het NASA Langley Research Center een methode die software van RoboDK gebruikt om het programmeren van inspectiepatronen voor twee UR10-cobots van Universal Robots te automatiseren. Met de software maakten onderzoekers een computermodel van het te inspecteren onderdeel, het inspectiepatroon en de beweging van het inspectiegereedschap. De software heeft een Application Programming Interface (API) waarmee gebruikers robots kunnen programmeren met universele programmeertalen, zoals Python, C#, C++, Matlab en Visual Basic.

Zodra het inspectieproces is gekalibreerd en de cobots op de juiste plaats ten opzichte van het onderdeel zijn geplaatst, kunnen de cobots een voorgeprogrammeerd pad volgen om de inspectieapparatuur naar precieze locaties rond de romp te verplaatsen en de apparatuur op zijn plaats te houden terwijl de operator de gegevens ophaalt .

De software kan worden aangepast met algoritmen om bepaalde taken te automatiseren, zoals het projecteren van een inspectiepatroon op een oppervlak om het inspectieprogramma te simuleren en te genereren. De algoritmen kunnen volledig of gedeeltelijk worden geautomatiseerd, wat betekent dat ze het gereedschapspad genereren volgens bepaalde parameters die kunnen worden gewijzigd door de operator of robotprogrammeur. Met aangepaste, volledig geautomatiseerde algoritmen kunnen robots in slechts een paar seconden worden geprogrammeerd, zegt RoboDK-CEO Albert Nubiola. Het NASA Advanced Composites Project gebruikt een algoritme dat een gereedschapspad creëert dat de robot kan volgen op het oppervlak van de romp, waarbij ramen en gaten worden vermeden.

Met de API van de software kunnen gebruikers ook offline programma's maken en deze simuleren voordat ze naar de robot worden gedownload. "Offline programmeren van de robot is erg handig wanneer je het planningswerk moet doen voordat je het robotsysteem naar een hangar of een andere locatie verplaatst", zegt NASA Analytical Mechanics Associate Joshua Brown. Hij voegt eraan toe dat de simulatiefunctie ook nuttig is, omdat deze kan worden gebruikt om te controleren op problemen zoals aslimieten en botsingen, die een potentieel probleem zijn bij het gebruik van meerdere cobots. "Het was vrij eenvoudig om meerdere robots naar een station te brengen en ze virtueel samen te laten werken voordat het echte metaal rondvliegt", zegt de heer Brown. Zodra het programma is gemaakt en gesimuleerd, kan het naar de robot worden gedownload, zodat de inspectie kan beginnen zonder extra instellingen.

Het systeem bevindt zich in de beginfase van ontwikkeling en de heer Brown zegt dat het doel is om het kader voor het inspectiesysteem op zijn plaats te krijgen en enkele details uit te werken. Momenteel moeten de cobots handmatig naar verschillende gebieden rond de romp worden verplaatst en vervolgens opnieuw worden gekalibreerd voordat een scan wordt uitgevoerd op basis van het oppervlak in dat gebied. De volgende ontwikkelingsfase omvat het monteren van de cobots op een lineair platform dat het bereik van het systeem tot ongeveer 3 meter zal vergroten. Dat lineaire platform kan ook op een ander lineair platform of een paar lineaire platformen worden gemonteerd om het bereik van het systeem in een andere as of een ander vlak te vergroten.

Dit systeem heeft de potentie om tijd en geld te besparen, omdat één operator het inspectieproces kan overzien. Programmering en simulatie zorgen voor efficiëntie, omdat de robots zich op de meest praktische en uitgebreide paden rond het vliegtuig bewegen. Simulatie kan ook potentieel kostbare problemen voorkomen. Daarnaast hebben de cobots een veiligheidssysteem dat monitort wanneer overgeschakeld moet worden naar een gereduceerde veiligheidsmodus en de werking stopt wanneer deze in contact komt met een persoon. Hierdoor kunnen mensen nauw met hen samenwerken, zodat andere inspectie- of fabricageprocessen tijdens infraroodinspectie kunnen plaatsvinden. Deze methode heeft ook het potentieel om de kwaliteit van de inspectieresultaten te verbeteren, omdat deze kan worden gebruikt om ervoor te zorgen dat het hele onderdeel wordt geïnspecteerd.

De heer Brown zegt echter dat de betrouwbaarheid die dit systeem op dit moment kan bieden waardevoller is dan mogelijke tijd- en geldbesparingen. "Het gebruik van robots betekent consistentie en de mogelijkheid om terug te gaan en een inspectie op precies dezelfde manier op precies dezelfde plek uit te voeren zonder menselijke fouten", zegt hij. "Menselijke operators kunnen gewoon niet bewegen zoals een robot dat kan en daarom investeren we hierin."