Software unterstützt die NASA bei der Automatisierung des Roboterprogrammierungsprozesses

Die Automatisierung von Prozessen mit Robotik kann zahlreiche Vorteile haben, aber Roboter erfordern eine Programmierung, ein typischerweise manueller Prozess, der komplex sein und zu kostspieligen Problemen wie Kollisionen führen kann. Das NASA Advanced Composites Project arbeitet an einem Verfahren, das nicht nur die Inspektion von Flugzeugrümpfen mit kollaborativen Robotern (Cobots) von Universal Robots automatisiert, sondern auch die Programmierung der Cobots mit Software des Robotersoftware-Simulationsentwicklers RoboDK automatisiert. Dieses System hat das Potenzial, Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig bessere, konsistentere Ergebnisse als vollständig manuelle Inspektionsprozesse zu liefern.

Das NASA Advanced Composites Project arbeitet daran, Methoden, Werkzeuge und Protokolle zu verbessern sowie Entwicklungs- und Zertifizierungszeiten für Verbundwerkstoffe und -strukturen zu verkürzen, da ihre Anwendungen zunehmen. Eines seiner Ziele ist es, die Inspektion von Verbundstrukturen zu beschleunigen und die Messergebnisse zu verbessern, indem sichergestellt wird, dass das Inspektionsverfahren keine Bereiche einer Struktur übersieht. Eine Inspektionsmethode ist die Infrarot-Thermografie, die einen präzisen Lichtblitz verwendet, um einen Wärmeimpuls zu erzeugen. Während das Material abkühlt, analysieren die Forscher, wie die Wärme durch das Teil fließt, um verborgene Defekte und anormale Substrukturen aufzudecken, ohne das Teil zu beschädigen. Infrarot-Inspektionsgeräte sind jedoch groß und schwer und müssen über die gesamte Oberfläche des Teils innen und außen bewegt werden, um eine umfassende Inspektion zu gewährleisten. Manuelle Inspektionen von großen Verbundwerkstoffprodukten wie Flugzeugrümpfen erfordern mehrere Bediener über längere Zeiträume, was zusätzliche Kosten und Komplexität verursacht.

Um diesen Prozess zu automatisieren, testet das NASA Langley Research Center eine Methode, die Software von RoboDK verwendet, um die Programmierung von Inspektionsmustern für zwei UR10-Cobots von Universal Robots zu automatisieren. Die Forscher verwendeten die Software, um ein Computermodell des zu prüfenden Teils, des Prüfmusters und der Bewegung des Prüfwerkzeugs zu erstellen. Die Software verfügt über eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API), die es Benutzern ermöglicht, Roboter mit universellen Programmiersprachen wie Python, C#, C++, Matlab und Visual Basic zu programmieren.

Sobald der Inspektionsprozess kalibriert ist und die Cobots in Bezug auf das Teil richtig positioniert sind, können die Cobots einem vorprogrammierten Pfad folgen, um die Inspektionsausrüstung an präzise Positionen um den Rumpf herum zu bewegen und die Ausrüstung an Ort und Stelle zu halten, während der Bediener die Daten abruft .

Die Software kann mit Algorithmen angepasst werden, um einige Aufgaben zu automatisieren, wie z. B. das Projizieren eines Inspektionsmusters auf eine Oberfläche, um das Inspektionsprogramm zu simulieren und zu generieren. Die Algorithmen können vollständig oder teilweise automatisiert sein, d. h. sie generieren den Werkzeugweg gemäß bestimmten Parametern, die vom Bediener oder Roboterprogrammierer geändert werden können. Mit benutzerdefinierten, vollautomatischen Algorithmen können Roboter in nur wenigen Sekunden programmiert werden, sagt Albert Nubiola, CEO von RoboDK. Das NASA Advanced Composites Project verwendet einen Algorithmus, der einen Werkzeugweg erstellt, dem der Roboter auf der Rumpfoberfläche folgen kann, wobei Fenster und Löcher vermieden werden.

Die API der Software ermöglicht es Benutzern auch, Programme offline zu erstellen und zu simulieren, bevor sie auf den Roboter heruntergeladen werden. „Die Offline-Programmierung des Roboters ist sehr nützlich, wenn Sie die Planungsarbeit erledigen müssen, bevor Sie das Robotersystem in einen Hangar oder an einen anderen Ort bringen“, sagt NASA Analytical Mechanics Associate Joshua Brown. Er fügt hinzu, dass die Simulationsfunktion ebenfalls hilfreich ist, da sie verwendet werden kann, um auf Probleme wie Achsenbegrenzungen und Kollisionen zu prüfen, die ein potenzielles Problem bei der Verwendung mehrerer Cobots darstellen. „Es war ziemlich einfach, mehrere Roboter in eine Station zu bringen und sie virtuell zusammenarbeiten zu lassen, bevor das echte Metall herumfliegt“, sagt Mr. Brown. Nachdem das Programm erstellt und simuliert wurde, kann es auf den Roboter heruntergeladen werden, sodass die Inspektion ohne zusätzliche Einrichtung beginnen kann.

Das System befindet sich in einem frühen Entwicklungsstadium, und Mr. Brown sagt, das Ziel sei es, den Rahmen für das Inspektionssystem einzurichten und einige Details auszuarbeiten. Derzeit müssen die Cobots manuell zu verschiedenen Bereichen um den Rumpf bewegt und dann neu kalibriert werden, bevor sie einen Scan basierend auf der Oberfläche in diesem Bereich durchführen. In der nächsten Entwicklungsphase werden die Cobots auf einem Lineartisch montiert, der die Reichweite des Systems auf etwa 3 Meter erweitert. Dieser Lineartisch könnte auch auf einem anderen Lineartisch oder einem Paar Lineartische montiert werden, um die Reichweite des Systems in einer anderen Achse oder Ebene zu erweitern.

Dieses System hat das Potenzial, Zeit und Geld zu sparen, da es einem einzelnen Bediener ermöglicht, den Inspektionsprozess zu überwachen. Programmierung und Simulation sorgen für Effizienz, denn die Roboter bewegen sich auf den praktischsten und umfassendsten Bahnen um das Flugzeug herum. Simulation kann auch potenziell kostspielige Probleme verhindern. Darüber hinaus verfügen die Cobots über ein Sicherheitssystem, das überwacht, wann in einen reduzierten Sicherheitsmodus geschaltet werden soll, und den Betrieb stoppt, wenn er mit einer Person in Kontakt kommt. Dadurch können Mitarbeiter eng mit ihnen zusammenarbeiten, sodass andere Inspektions- oder Fertigungsprozesse während der Infrarotinspektion stattfinden können. Diese Methode hat auch das Potenzial, die Qualität der Prüfergebnisse zu verbessern, da sie verwendet werden kann, um sicherzustellen, dass das gesamte Teil geprüft wird.

Herr Brown sagt jedoch, dass die Zuverlässigkeit, die dieses System bieten kann, an diesem Punkt wichtiger ist als mögliche Zeit- und Geldeinsparungen. „Der Einsatz von Robotern bedeutet Konsistenz und die Möglichkeit, zurückzugehen und eine Inspektion auf genau die gleiche Weise an genau derselben Stelle ohne menschliches Versagen durchzuführen“, sagt er. „Menschliche Bediener können sich einfach nicht so bewegen wie ein Roboter, und deshalb investieren wir hierin.“