NASA、RoboDKソフトウェアで胴体検査用コボットプログラミングを自動化

ロボティクスによるプロセス自動化には多くのメリットがありますが、ロボットにはプログラミングが必要で、通常は複雑な手作業プロセスであり、衝突などのコストのかかる問題を引き起こす可能性があります。NASA先進複合材プロジェクトは、Universal Robotsの協働ロボット（コボット）を用いて飛行機胴体の検査を自動化するだけでなく、ロボットソフトウェアシミュレーション開発者RoboDKのソフトウェアでコボットのプログラミング自体を自動化するプロセスに取り組んでいます。このシステムは、完全手動検査プロセスよりも優れた一貫性のある結果を、時間とコストの節約とともに提供する可能性を秘めています。

NASA先進複合材プロジェクトは、複合材料と構造の応用拡大に伴い、手法、ツール、プロトコルの改善、開発および認証タイムラインの短縮に取り組んでいます。目標の一つは、複合構造の検査を高速化し、検査手順が構造のどの領域も見逃さないことを保証することで測定結果を改善することです。検査手法の一つは赤外線サーモグラフィーで、精密な光のフラッシュで熱パルスを生成します。材料が冷却される過程で熱が部品をどう流れるかを分析し、部品を損傷せずに隠れた欠陥や異常な副構造を明らかにします。しかし、赤外線検査装置は大型・重量があり、部品の内外全表面を移動させて包括的な検査を行う必要があります。大型複合製品（飛行機胴体など）の手動検査には、長期間にわたり複数のオペレーターが必要で、コストと複雑さが増大します。

このプロセスを自動化するため、NASAラングレー研究センターは、RoboDKのソフトウェアを用いて、Universal RobotsのUR10コボット2台の検査パターンプログラミングを自動化する手法をテストしています。研究者たちはソフトウェアを用いて、検査対象部品、検査パターン、検査ツールの動きのコンピューターモデルを作成。ソフトウェアにはAPI（アプリケーションプログラミングインターフェース）があり、Python、C#、C++、Matlab、Visual Basicなどの汎用プログラミング言語でロボットをプログラミングできます。

検査プロセスがキャリブレーションされ、コボットが部品に対して適切に位置決めされると、コボットは事前プログラムされたパスに従って検査装置を胴体周りの精密な位置へ移動させ、オペレーターがデータを取得する間、装置を固定します。

ソフトウェアはアルゴリズムでカスタマイズ可能で、検査パターンを表面に投影してシミュレートし、検査プログラムを生成するなどのタスクを自動化できます。アルゴリズムは完全自動または半自動で、オペレーターやロボットプログラマーが変更可能なパラメータに基づいてツールパスを生成します。完全自動アルゴリズムなら、ロボットを数秒でプログラミング可能とRoboDK CEOのAlbert Nubiola氏は言います。NASA先進複合材プロジェクトでは、胴体表面を窓や穴を避けてロボットが追従するツールパスを生成するアルゴリズムを使用しています。

ソフトウェアのAPIにより、オフラインでプログラムを作成し、ロボットにダウンロードする前にシミュレーション可能。「ロボットのオフラインプログラミングは、ロボットシステムを格納庫や他の場所に移動する前に計画作業を行う必要がある場合に非常に有用です」とNASA解析力学アソシエイトのJoshua Brown氏。シミュレーション機能も有用で、軸限界や衝突など、複数コボット使用時の潜在的問題をチェックできます。「複数ロボットをステーションに導入し、実機を動かす前にバーチャルで連携させるのはかなりシンプルでした」とBrown氏。プログラム作成とシミュレーション後、ロボットにダウンロードすれば追加セットアップなしで検査開始可能です。

システムは開発初期段階で、Brown氏は検査システムのフレームワークを整え、詳細を詰めるのが目標だと語ります。現在はコボットを胴体周りの異なるエリアへ手動で移動し、エリアごとの表面に基づいて再キャリブレーションしてからスキャンを行っています。次の開発フェーズでは、コボットをリニアステージに搭載し、システムのリーチを約3メートルに拡張。そのリニアステージをさらに別のリニアステージやペアに搭載し、別の軸や平面へリーチを拡張することも可能です。

このシステムは時間とコストの節約の可能性を秘めています。単一オペレーターが検査プロセスを監視でき、プログラミングとシミュレーションによりロボットが航空機周りの最も実用的で包括的なパスを移動し、効率を確保。シミュレーションは潜在的な高コスト問題も防止します。さらに、コボットには安全システムがあり、人と接触すると低減安全モードに切り替わり停止するため、人々が近くで作業でき、赤外線検査中に他の検査や製造プロセスを並行実施可能。この手法は、部品全体が検査されることを保証できるため、検査結果の品質向上にもつながる可能性があります。

しかし、Brown氏は現時点で、このシステムが提供できる信頼性の方が、時間とコストの節約可能性よりも価値があると述べています。「ロボットを使うことは、人間のエラーなしに、全く同じ方法で、全く同じ場所で、検査を繰り返せる一貫性と能力を意味します。人間のオペレーターはロボットのように動けません。だからこそ我々はこれに投資しているのです。」