NASA Gebruikt RoboDK Software om Cobot Programmering te Automatiseren voor Rumpfinspectie

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

NASA Advanced Composites Project doelen

Het NASA Advanced Composites Project werkt aan het verbeteren van methoden, tools en protocollen alsook het verminderen van ontwikkelings- en certificerings-tijdlijnen voor composietmaterialen en -structuren naarmate hun toepassingen toenemen. Een van de doelen is het versnellen van de inspectie van composietstructuren en het verbeteren van meetresultaten door te zorgen dat de inspectieprocedure geen gebieden van een structuur mist. Een inspectiemethode is infrarood thermografie, die een precieze lichtflits gebruikt om een hittepuls te creëren. Terwijl het materiaal afkoelt, analyseren onderzoekers hoe de warmte door het onderdeel stroomt om verborgen defecten en abnormale substructuren te onthullen zonder het onderdeel te beschadigen. Echter, infrarood inspectieapparatuur is groot en zwaar, en moet over het hele oppervlak van het onderdeel binnen en buiten worden bewogen om een uitgebreide inspectie te garanderen. Handmatige inspecties van grote composietproducten, zoals vliegtuigrumpfes, vereisen meerdere operators voor uitgebreide tijdperioden, wat kosten en complexiteit toevoegt.

Automatisering met RoboDK en UR10 cobots

Om dit proces te automatiseren, test het NASA Langley Research Center een methode die software van RoboDK gebruikt om de programmering van inspectiepatronen voor twee UR10 cobots van Universal Robots te automatiseren. Onderzoekers gebruikten de software om een computermodel van het te inspecteren onderdeel, het inspectiepatroon en de beweging van het inspectiehulpmiddel te creëren. De software heeft een application programming interface (API) die gebruikers in staat stelt robots te programmeren met universele programmeertalen, zoals Python, C#, C++, Matlab en Visual Basic.

Kalibratie en voorgeprogrammeerde paden

Eenmaal het inspectieproces gekalibreerd is en de cobots correct geplaats zijn ten opzichte van het onderdeel, kunnen de cobots een voorgeprogrammeerd pad volgen om de inspectieapparatuur in nauwkeurige locaties rond de rumpf te bewegen en de apparatuur op zijn plaats te houden terwijl de operator de data ophaalt.

Aangepaste algoritmes en offline programmering

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

De API van de software stelt gebruikers ook in staat om programma's offline te creëren en te simuleren voordat ze naar de robot worden gedownload. "Offline programmering van de robot is erg nuttig wanneer je het planningswerk moet doen voordat je het robotische systeem naar een hangar of andere locatie verplaatst," zegt NASA Analytical Mechanics Associate Joshua Brown. Hij voegt toe dat de simulatie-functie ook nuttig is, omdat het kan worden gebruikt om te controleren op problemen zoals as-limieten en botsingen, wat een potentieel probleem is bij het gebruik van meerdere cobots. "Het is redelijk eenvoudig geweest om meerdere robots in een station te brengen en ze virtueel samen te laten werken voordat het echte metaal omher vliegt," zegt Mr. Brown. Eenmaal het programma gecreëerd en gesimuleerd is, kan het naar de robot worden gedownload, zodat inspectie kan beginnen zonder additionele setup.

Toekomstige ontwikkeling en voordelen

Het systeem is in de vroege stadia van ontwikkeling, en Mr. Brown zegt dat het doel is om het framework voor het inspectiesysteem op zijn plaats te krijgen en enkele details uit te werken. Momenteel moeten de cobots handmatig naar verschillende gebieden rond de rumpf worden verplaatst en dan herkalibreerd voordat een scan wordt uitgevoerd gebaseerd op het oppervlak in dat gebied. De volgende ontwikkelfase betreft het monteren van de cobots op een lineaire trap die de bereik van het systeem naar ongeveer 3 meters zal uitbreiden. Die lineaire trap ook op een andere lineaire trap of paar lineaire traps gemonteerd kunnen worden om de bereik van het systeem in een andere as of vlak uit te breiden.

Dit systeem heeft het potentieel om tijd en geld te besparen, omdat het een enkele operator in staat stelt om het inspectieproces te bewaken. Programmering en simulatie waarborgen efficiëntie, omdat de robots op de meest praktische en uitgebreide paden rond het vliegtuig bewegen. Simulatie kan ook potentiële kostbare problemen voorkomen. Bovendien hebben de cobots een veiligheidssysteem dat monitort wanneer er moet worden overgeschakeld naar een verminderde veiligheidsmodus en de operatie stopt wanneer het in contact komt met een persoon. Dit stelt mensen in staat om nauw naast hen te werken, zodat andere inspectie- of productieprocessen tijdens infraroodinspectie plaats kunnen vinden. Deze methode heeft ook het potentieel om de kwaliteit van inspectieresultaten te verbeteren, omdat het kan worden gebruikt om te garanderen dat het hele onderdeel geïnspecteerd wordt.

Echter, Mr. Brown zegt dat op dit moment de betrouwbaarheid die dit systeem kan bieden meer waardevol is dan mogelijke tijd- en geldbesparing. "Het gebruik van robots betekent consistentie en de mogelijkheid om terug te gaan en een inspectie op exact dezelfde manier op exact dezelfde plek te doen zonder menselijke fout," zegt hij. "Menselijke operators kunnen gewoon niet bewegen zoals een robot kan en dat is waarom we in dit investeren."