实现机器人的自动化编程

作者:Julia Hider 文章来源:MM《现代制造》 点击数:120 发布时间:2018-10-26
NASA的先进复合材料项目研发出一套流程,可以借助软件实现协作机器人编程的自动化,帮助机器人和工作人员一起对复合机身组件进行安全检查,结果证明机器人的表现更为稳定。
实现机器人的自动化编程

机器人的自动化流程可以带来许多优势,但机器人需要进行编程,而编程需要人工完成,这一过程可能比较复杂且可能会导致一些成本高昂的问题出现,例如出现相互之间的碰撞。NASA的先进复合材料项目计划策划出一套流程,既可以实现Universal Robots公司提供的航天飞机协作机器人的自动检查,同时可以通过机器人软件模拟开发厂商RoboDK公司提供的软件实现机器人的自动化编程。与人工检查相比,该系统能够节省时间和成本,同时检查结果更好、更稳定。

NASA的先进复合材料项目旨在改进方法、刀具和协议,同时随着应用的增加,降低复合材料和结构的研发及认证时间。其中一个目标就是通过确保检查程序没有遗漏结构的任何区域,并提高复合材料的检查速度以及改善测量结果。一种方法是红外热成像检查,借助一个高精度闪光生成一个热脉冲。随着材料冷却,工作人员会分析热量在零部件内如何传导,借此发现隐藏的问题和异常的底层结构,这样就无需破坏零部件的整体。但是,红外检查设备自身体积很大,并且必须将零部件整体放入,以确保检查的全面性(图1)。人工检查大型复合式零部件时,如飞机机身,需要多位操作人员进行长时间操作,这样就提高了检测的成本和操作复杂性。

图1 红外检查借助高精度闪光可以发现复合结构的隐藏问题,人工红外检查需要多名工作人员在零部件的表面移动体积庞大的设备,成本较高并且操作复杂
图1 红外检查借助高精度闪光可以发现复合结构的隐藏问题,人工红外检查需要多名工作人员在零部件的表面移动体积庞大的设备,成本较高并且操作复杂

为了实现检查的自动化,NASA的Langley研究中心正在试行一种方法,即使用RoboDK公司的软件对Universal Robots公司的两台UR10协作机器人的检查模式进行自动化编程(图2)。研究人员使用该软件为待检查的零部件、检查模式和检查工具移动创建了一个计算机模型。该软件拥有一个应用编程接口,用户可以使用通用编程语言对机器人进行编程,如Python、C#、C++、Matlab和Visual Basic。

图2 NASA的先进复合材料项目旨在借助RoboDK公司的软件对UR10协作机器人(配备检查设备)的检查模式进行编程实现红外检测的自动化。该流程可以节约时间和成本,同时可以提高检查质量
图2 NASA的先进复合材料项目旨在借助RoboDK公司的软件对UR10协作机器人(配备检查设备)的检查模式进行编程实现红外检测的自动化。该流程可以节约时间和成本,同时可以提高检查质量

检查流程校对完成并且协作机器人在零部件附近正确落位后,机器人可以按照预定的路径将检查设备移动至机身附近的准确位置,在工作人员收集数据时固定设备。

该软件可以借助算法进行定制,实现某些任务的自动化,如将检查模式投射到表面上模拟和生成检查程序。算法可以实现全部或部分自动化,即算法可以根据特定参数生成移动路径,工作人员或机器人编程工程师可以修改参数。借助定制化、全自动算法,机器人可以在很短的时间内完成编程,RoboDK公司CEO Albert Nubiola表示。NASA的先进复合材料项目使用一种算法为机器人创建了一种刀具的运行轨迹,机器人在表面移动,同时避开了窗户和孔洞(图3)。

图3 RoboDK软件可以通过算法进行定制,实现某些编程任务的自动化。NASA适用一种算法为机器人创建一种刀具的运行轨迹,机器人在表面移动,避开了窗户和孔洞
图3 RoboDK软件可以通过算法进行定制,实现某些编程任务的自动化。NASA适用一种算法为机器人创建一种刀具的运行轨迹,机器人在表面移动,避开了窗户和孔洞

软件的API让用户可以离线编程,然后在将程序下载至机器人前进行模拟(图4)。“如果在将机器人系统移至库房或其他地点前需要进行规划,则机器人离线编程非常有用。”NASA的分析力学助理Joshua Brown称。模拟功能同样很有用,可以用来检查是否存在问题,如轴限制和碰撞,在使用多台协作机器人时可能会存在这种问题。“在飞机起飞前,可以很轻松地将多台机器人移动到工位上进行协同检查。”Brown先生补充道。程序创建和模拟结束后,可以下载到机器人上,不需要其他设置即可开始检查。

图4 RoboDK公司的API让用户可以离线编程,然后再将程序下载至机器人之前进行模拟。用户可以检查程序是否存在问题,如轴限制和碰撞,然后将程序下载到机器人上,这样不需要其他设置即可开始检查
图4 RoboDK公司的API让用户可以离线编程,然后再将程序下载至机器人之前进行模拟。用户可以检查程序是否存在问题,如轴限制和碰撞,然后将程序下载到机器人上,这样不需要其他设置即可开始检查

该检查系统还处于早期开发阶段,Brown先生表示当前的目标是确定该检查系统的框架并解决一些细节问题。目前协作机器人必须手动移动到机身附近的不同区域,在进行扫描前必须根据该区域的实际情况进行重新校准。研发的下一阶段将把协作机器人安装在一个直线式工作台上,检查系统的工作范围会提高大约3m。直线式工作台上可以加装一个或一对直线工作台,扩大检查系统在另一个轴或平面上的工作范围。

这一检查系统可以节约时间和成本,仅需一位工作人员监控检查流程。编程和模拟功能提高了效率,机器人可以在机身附近沿着最适用的路径移动。模拟功能同时能够避免可能出现的成本较高的问题。另外协作机器人配有一套安全系统,该系统会监控何时切换至低安全性模式,同时在机器人碰到人员时会停止工作。人们可以在机器人附近工作,在红外检查时可以同时进行其他检查或制造作业。该方法保证检查到零部件的整体,因此可以提高检查质量。

但是,Brown先生表示,关于这一点,该系统提供的稳定性比时间和成本的节约更为重要。“使用机器人能够保证一致性,同时能够在相同位置按相同方式进行重复检查,不会出现人为错误。人工检查无法向机器人那样移动,这也是我们投资该系统的原因。”