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2018年3月4至6日, 广州

07.09.2017 美国砸重金发展先进机器人制造,重点关注六大方向


 

由卡内基梅隆大学(CMU)创立的独立研究机构将收到超过2.5亿美元资助,在匹兹堡建造一个先进机器人制造研究所。其中,国防部将公共-私营美国制造研究所(public-private Manufacturing USA institute)授予American Robotics,后者是由卡内基梅隆大学领导的一个非营利企业,包括工业界、学术界、政府和非营利部门等全美220多个合作伙伴。该研究所将从国防部收到8000万美元,另外还有来自合作组织的1.73亿美元。 Richard King Mellon基金会在促进CMU提案方面发挥了特别重要的作用。

这一高级别的奖项将匹兹堡和CMU置于新的制造浪潮的中心,利用人工智能、自主、3D打印和其他新兴技术,使工业机器人更适合各种规模的企业,适用于许多用途,并有实现更多目标的潜力。

 

政府、工业界和学术领导者表示,这一新一代机器人技术有潜力创造大量的新工作,并能使美国正式处于先进制造业的领先地位,从而促进经济增长。

 

CMU校长Subra Suresh在五角大楼公告时说:“这个新机构将为该地区和国家带来巨大的利益,同时为CMU学者和研究人员创造巨大的机会,为大学带来新的动力。作为回报,该研究所将受益于CMU在技术方面的专长,以及其在政策、道德和人机界面方面的优势,这将确保新技术有利于人类”。

 

CMU负责研究的副校长Gary Fedder(CMU ECE和Robotics Institute的教授)是几位大学教师和官员之一,他们领导研究所的发展和准备工作,他们将在该研究所的建立中发挥关键作用。

 

Gary Fedder说:“当国防部宣布打算创建一个致力于机器人制造的新机构时,我们知道CMU在该领域的历史实力,导致今天正在进行的前沿研究,这给了我们一个很大的机会。我们很幸运地建立了一个团队,从全国各地带来互补的优势”。

 

卡内基梅隆机器人研究所的教授Howie Choset与Gary Fedder密切合作,设想和建立了该研究所。他说,该研究所的四管齐下的使命是:给予美国工人与国外低工资工人的竞争能力;创造和维持新的就业机会,以确保美国国家繁荣;降低中小型企业和大型公司采用机器人时在技术、操作和经济方面的障碍;保障美国在先进制造业的领导地位。

 

Howie Choset提到:“这项工作有能力广泛地惠及社会,并使许多潜在的工人及其家人受益”。

 

机器人在制造环境中被广泛使用,但是今天的机器人通常比较昂贵,目的单一,其重新编程具有挑战性,并且为了安全而需要与人类隔离。机器人技术对满足国防和其他工业制造需求越来越有必要,但资本成本和使用的复杂性限制了中型和小型制造商的参与。高级机器人制造研究学院(Advanced Robotics Manufacturing Institute ,ARM)将整合多个行业的多元化行业实践和制度知识。

 

CMU 教务长Farnam Jahanian说:“该研究所将利用CMU在协作机器人、传感器技术、材料科学和人机交互方面的研究优势,这些领域正在迅速改变我们许多经济部门。通过学术界、政府和工业界之间的这种独特的合作关系,CMU准备弥合研究,创新和新兴先进制造领域的实践之间的差距”。

 

ARM将通过国防和工业界驱动、关键技术开发和员工培训实现其使命。 ARM致力于关键工业部门 - 航空航天、汽车、电子和纺织品 – 这些由合作伙伴定义。

 

ARM加入制造美国研究所网络,这是一个双方计划,汇集工业界、学术界和政府共同投资世界领先的制造技术和能力的发展。每个美国制造研究所重点关注对未来竞争力至关重要的技术领域。除了机器人技术,其他领域还包括3-D打印、集成光子学或组织制造。在美国制造研究所,联邦政府承诺超过10亿美元,匹配超过20亿美元非联邦投资。

 

ARM是什么

 

ARM的全称是“Advanced Robotics Manufacturing” ,即“先进机器人制造”。 为了培养和发展国家制造生态系统,先进机器人制造(ARM)研究所已经形成了国家级的、公私合作伙伴关系,以开发、展示和促进尽早采用新型的机器人解决方案。ARM位于匹兹堡,由一家新成立的国家非营利机构 - 美国机器人公司(American Robotics)领导,该机构由卡内基梅隆大学成立,包括来自工业界、学术界、地方政府和非营利组织的231个利益相关者组成的国家网络。

 

美国机器人力求使美国工人能够与国外的低工资工人竞争;创造和维持新的就业机会,以确保美国国家繁荣;降低中小型企业(SME)以及大型公司在采用机器人技术时的技术、操作和经济障碍;并确保美国在先进制造业的领导地位。

 

ARM的10年期目标包括将工人生产力提高30%,在美国创造51万个新制造业岗位,确保30%的中小企业采用机器人技术,并提供主要工业机器人制造商将出现的生态系统。ARM致力于关键的增长领域,在制造业,包括航空航天、汽车、电子和纺织品领域快速采用机器人技术。

 

ARM研究所的战略任务是:开展由工业界领导的产品研发,发展和提供教育和劳动力培训,并通过全国性的区域创新合作网络提供共享能力。ARM研究所将由Dean Bartles(制造工程师协会SME主席)担任CEO,Howie Choset(CMU-RI教授)担任CTO。

 

ARM的技术-经济影响力生态圈

研究方向有哪些

 

ARM将跨多个学科(传感器技术、末端执行器技术的开发、软件开发和人工智能、材料科学、人机行为建模和质量保证),整合各种行业实践和制度知识,实现强大的制造创新生态系统。为此,ARM研究院的技术焦点至少将包括六个主要领域:

 

TA1. 协作机器人(Collaborative Robotics)

 

顾名思义,机器人在工作过程中与工人和其他机器人形成伙伴关系,此时需要能够识别物理接触的可能性并规划回避动作。在协作环境中,安全至关重要!随着拓扑优化和材料科学的最新进展,未来机器人的设计可以结合软控制技术、新型高性能驱动器和先进材料。除了物理上的安全交互,机器人将需要通过直观的界面与他们的人类伙伴有效沟通。他们需要口头或通过手势给予指令,识别人类活动以保持同步,并使人类伙伴清楚机器人的意图。机器人必须易于训练、操作、并能够与其他机器人和人类合作。

 

TA2. 机器人控制:学习和控制(Robot Control: Learning and Control)

 

机器人可以通过演示学习并根据观察结果调整其性能,从而降低使用机器人工作时的高成本。适应性的进步将会产生安全有效且高产的机器人系统。敏捷的重复利用将提高机器人在小批量生产中的效用,特别是在不能拥有专用机器人的小公司。先进控制技术和人工智能正在为这一领域的未来发展提供技术支撑。

 

TA3. 灵巧操作(Dexterous Manipulation)

 

旨在为带有密度接近人类的触觉阵列的复杂末端执行器,开发硬件和面向对象的算法,以实现对各种对象的鲁邦抓取和灵巧操作。随着自由度的增加,编程变得更加复杂和耗时,因此自适应学习将是一个密切相关的研究方向。

 

TA4. 自主导航和机动性(Autonomous Navigation and Mobility)

 

与制造环境中的人类导航类似,机器人应当对路径规划和动态障碍物做出快速响应。机器人车辆需要能够在现有的制造环境内(包括人和其他机器人)自主移动。安装在移动平台上的灵巧手臂可以提供多用途的操纵能力。

 

TA5. 感知(Perception and Sensing)

 

感知是一项需要重大进步的关键能力。诸如视觉、三维测距、触觉、温度、力觉和其他的感测模态必须提前、分析和融合,从而向机器人提供适当的情境感知。工厂机器人将需要更多能力的感知系统来监控其进程和周围环境(人、其他机器人或设备)。这些系统将需要检查零件和组件的缺陷;估计人类的情绪和身体状态以维持安全性和生产力;并基于触觉和其他反馈执行更广泛的抓取和组装策略。

 

TA6.测试和验证(Verification and Validation)

 

帮助机器人研发的虚拟和现实方法以及工具是(包括建模和仿真)验证原型和制造过程的关键。这包括基于证据的设计,实施和分析,以及通用的软件测试平台和结果数据存储库。独立的验证能力对这个领域至关重要。

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