Software ajuda a NASA a automatizar o processo de programação de robôs

Automatizar processos com robótica pode trazer inúmeros benefícios, mas os robôs exigem programação, um processo tipicamente manual que pode ser complexo e levar a problemas caros, como colisões. O Projeto de Compósitos Avançados da NASA está trabalhando em um processo que não apenas automatiza a inspeção de fuselagens de aviões usando robôs colaborativos (cobots) da Universal Robots, mas automatiza a programação dos cobots com software do desenvolvedor de simulação de software robótico RoboDK. Este sistema tem o potencial de economizar tempo e dinheiro enquanto fornece resultados melhores e mais consistentes do que os processos de inspeção totalmente manuais.

O Projeto de Compósitos Avançados da NASA trabalha para melhorar métodos, ferramentas e protocolos, bem como reduzir os prazos de desenvolvimento e certificação para materiais e estruturas compósitos à medida que suas aplicações aumentam. Um de seus objetivos é acelerar a inspeção de estruturas mistas e melhorar os resultados de medição, garantindo que o procedimento de inspeção não perca nenhuma área de uma estrutura. Um método de inspeção é a termografia infravermelha, que usa um flash preciso de luz para criar um pulso de calor. À medida que o material esfria, os pesquisadores analisam como o calor flui através da peça para revelar defeitos ocultos e subestruturas anormais sem danificar a peça. No entanto, o equipamento de inspeção por infravermelho é grande e pesado e deve ser movido por toda a superfície da peça por dentro e por fora para garantir uma inspeção abrangente. As inspeções manuais de grandes produtos compostos, como fuselagens de aviões, exigem vários operadores por longos períodos de tempo, aumentando o custo e a complexidade.

Para automatizar esse processo, o NASA Langley Research Center está testando um método que usa software da RoboDK para automatizar a programação de padrões de inspeção para dois cobots UR10 da Universal Robots. Os pesquisadores usaram o software para criar um modelo computacional da peça a ser inspecionada, o padrão de inspeção e o movimento da ferramenta de inspeção. O software possui uma interface de programação de aplicativos (API) que permite aos usuários programar robôs usando linguagens de programação universais, como Python, C#, C++, Matlab e Visual Basic.

Uma vez que o processo de inspeção é calibrado e os cobots estão corretamente localizados em relação à peça, os cobots podem seguir um caminho pré-programado para mover o equipamento de inspeção para locais precisos ao redor da fuselagem e manter o equipamento no lugar enquanto o operador recupera os dados .

O software pode ser customizado com algoritmos para automatizar algumas tarefas, como projetar um padrão de inspeção em uma superfície para simular e gerar o programa de inspeção. Os algoritmos podem ser total ou parcialmente automatizados, ou seja, geram o caminho da ferramenta de acordo com determinados parâmetros que podem ser modificados pelo operador ou programador do robô. Com algoritmos personalizados e totalmente automatizados, os robôs podem ser programados em apenas alguns segundos, diz o CEO da RoboDK, Albert Nubiola. O Projeto de Compósitos Avançados da NASA usa um algoritmo que cria um caminho de ferramenta para o robô seguir na superfície da fuselagem, evitando janelas e buracos.

A API do software também permite que os usuários criem programas offline e os simulem antes de baixá-los para o robô. “A programação offline do robô é muito útil quando você precisa fazer o trabalho de planejamento antes de mover o sistema robótico para um hangar ou outro local”, diz o associado de mecânica analítica da NASA, Joshua Brown. Ele acrescenta que a função de simulação também é útil, pois pode ser usada para verificar problemas como limites de eixo e colisões, que são um problema potencial ao usar vários cobots. “Tem sido bastante simples trazer vários robôs para uma estação e fazê-los trabalhar juntos virtualmente antes de ter o metal real voando”, diz Brown. Uma vez que o programa é criado e simulado, ele pode ser baixado para o robô, para que a inspeção possa começar sem configuração adicional.

O sistema está nos estágios iniciais de desenvolvimento, e o Sr. Brown diz que o objetivo é colocar a estrutura para o sistema de inspeção no lugar e trabalhar alguns detalhes. Atualmente, os cobots devem ser movidos manualmente para diferentes áreas ao redor da fuselagem e, em seguida, recalibrados antes de realizar uma varredura com base na superfície dessa área. A próxima fase de desenvolvimento envolve a montagem dos cobots em um palco linear que estenderá o alcance do sistema para aproximadamente 3 metros. Esse estágio linear também pode ser montado em outro estágio linear ou par de estágios lineares para estender o alcance do sistema em outro eixo ou plano.

Este sistema tem o potencial de economizar tempo e dinheiro, pois permite que um único operador supervisione o processo de inspeção. A programação e a simulação garantem a eficiência, pois os robôs percorrem os caminhos mais práticos e abrangentes ao redor da aeronave. A simulação também pode evitar problemas potencialmente dispendiosos. Além disso, os cobots possuem um sistema de segurança que monitora quando mudar para um modo de segurança reduzida e interrompe a operação quando entra em contato com uma pessoa. Isso permite que as pessoas trabalhem ao lado delas, para que outros processos de inspeção ou fabricação possam ocorrer durante a inspeção por infravermelho. Esse método também tem o potencial de melhorar a qualidade dos resultados da inspeção, pois pode ser usado para garantir que toda a peça seja inspecionada.

No entanto, o Sr. Brown diz que, neste momento, a confiabilidade que este sistema pode fornecer é mais valiosa do que a possível economia de tempo e dinheiro. “Usar robôs significa consistência e a capacidade de voltar e fazer uma inspeção exatamente da mesma maneira, exatamente no mesmo local, sem erro humano”, diz ele. “Operadores humanos simplesmente não podem se mover como um robô e é por isso que estamos investindo nisso.”