网络机器人吧社区

【通讯专题】南洋理工大学陈义明:基础设施机器人的创新

中国自动化学会 2019-02-10 13:08:11

基础设施对各个国家都是非常重要的,因为它所代表的事情,不只是建筑,还包括各种其它的桥梁、公共设施。此外,一个很重要的领域就是物流建设。现在亚马逊和京东都是自建仓库,自建物流体系,对于货物运输而言,这是一个重要的发展。

从机器人对使用者角度来讲,工业机器人应用在工厂制造系统里生产物品,属于制造设备,生产具有价值的物品。

而基础建设机器人则不同,它已经走出工厂,不属于制造设备,而属于服务机器人。它的功能是取代人力,或者补充不足的人力资源,它在使用中产生的价值和制造设备里的工业机器人不同。因此必须要从更大更高的角度来看待这些价值。从大方向来看,国家基础建设在国家经济发展里占有非常重要的地位。以建筑行业来讲,建筑业产值占新加坡GDP的5%,而中国建筑业大概占7%,相关行业合并后的整体产值GDP超过20%。因此如何有效利用基础建设机器人就显得非常重要。这些机器人对于整个建筑项目所产生的效益,不仅仅是生产力的提升,更重要的是会减少人力,缩短施工时间,品质稳定。还有其他边际效益,如减少人事管理,增加工程项目进度管理的稳定性,这些都是在使用机器人以后才会显现的。

在机器人项目实施与商业化的进程中,世界各地有很多公司与单位存在这方面需求。一般人认为只有发达国家,才会需要机器人与自动化设备。但实际上,一些发展中国家,如东南亚的越南、南美的巴西,也希望使用机器人进行建设,以此解决工人难管理、品质无法保证等问题。因此基础建设机器人的未来前景广阔。只要社会进步,不管是在哪一个国家,哪一个市场,基础建设机器人都会作出重大贡献。

基础建设包含的范围非常广,任何设备与设施,只要是在工厂之外,比如建筑、海港、物流、公共环境、下水道等,都属于政府公有的,而且大多是独一无二的。新加坡是一个小市场,甚至还没有绍兴大,想要推广基础建设机器人必须要有一些创新的方法。因此新加坡采用顶层设计从上到下来推动,由政府、学校和工业界共同合作。政府采购保证,学校和工业界共同研发并产业化,让产业能站起来,然后向世界其他国家拓展。


1

建筑喷漆机器人

建筑喷漆机器人,是由新加坡国家研究基金会出资,南洋理工大学执行,与新加坡裕廊集团公司共同合作的研发。

在为工业厂房高的天花板做喷漆时,通行的办法是借助手架或者升降机,由人工做喷涂。人工喷漆,对工作的效率和安全性都有很大的挑战。我们所开发的喷漆机器人,是基于一个超大型的移动平台,结合六自由度工业机器人,进行各种表面喷涂。 其涂方式为智能喷涂,不需要技术人员在地面编程控制机器人动作。它上面有摄像机,可以对环境进行扫描,然后建模,执行自动喷涂轨迹。不论建筑表面如何都可以自行处理。因为有传感器,喷嘴可以和墙面维持一定距离,保证喷涂质量,并控制它的厚度,这是一般工人手工喷涂无法做到的。机器人可以精准控制喷涂量,因此可以节省涂料,有环保效益。由于一切机器人行为都是由计算机控制的,我们也可以对建筑进度管理做到精准监控。

有的机器人只适用于大型建筑,我们现在正在将它小型化,运用同样喷涂方式,可以运用在一般写字楼与商品房。它也是一个机器人技术平台,可以装不同的工具用来做其他建筑工作,如清洁、涂防水层、绝缘层等,对建筑墙面做各种不同的表面处理,相当于一机多功能的机器人平台。

2

共融机器人

共融机器人,机器人如果完全自动化,是不是工人就没有工作了?其实不是的。比如有的机器人喷涂是自动的,但在室内是不是一定需要自主导航?这些都需要根据实践现场状况来决定操作方式。有时候工作环境复杂,机器人自主导航的效率反而不高,用一个工人简单操作来移动机器人可能更方便快速。因此我们可以说人机互动、人机协作、人机共融,在建筑机器人上也有很大的发展空间。

3

大型下水道检测机器人

除了建筑机器人之外,我们也有关于城市清理、维护环境的机器人项目。我们与新加坡的公共事业管理局合作开发了一个大型下水道检测的机器人,大型下水道直径达3-6米。在人口密集的大城市或超大型城市,下水管道越大、污水排放处理效率越高。新加坡十年前开始建造大型下水道,当初的设计理念是永远不进行维修。可是十年后,随着整个工程设计概念改变,任何基础设施都需要定期检测维护,为此我们专门设计了能够进行下水道检测的机器人。

这种大型下水道并不是新加坡独一无二的。中东迪拜,中国香港、北京、上海、深圳等人口高度集聚的城市,也随处可见。

大型下水道检测是一个很复杂的工程,必须全面了解它的状况。根据定点探测的结果发现,下水道底部有可能是干的,也有可能是泥泞的地。对此要决定机器人采用什么形式在下水道里行走非常重要,经过论证,最终我们决定使用轮式,靠着底边前进。轮子不走管道中间,避免障碍物,机器人的电力与通讯由外挂缆线提供。

我们拥有两台下水道检测机器人,一台小型机器人适用于3米直径的管道,另一台大型机器人适用于6米直径的管道。2017年8月,对3米小型机器人进行了实地测试,测试结果很好。现在开始进行下一阶段的项目推进,准备维修工作。目前的机器人检测是用相机做影像处理,工程难度在于实践,如何将机器人从地表送到地下,并回收。

4

物流机器人

物流是经济技术建设环节之一,其基础建设更需要加强。

关于国内的智慧物流,从小车搬运、AGV直到新零售概念的出现,主要面临的难点是如何节省人力,让现在很多需要人力的环节改为机器人操作,把人力释放出来。我们看几个物流产业场景:堆栈房、电商仓库、药房,目前这部分物流完全依靠人力,因为每个物品的大小不同所以需要用不同的盒子。这个问题有很多不同方案。美国亚马逊和国内京东物流解决问题的方式,各有千秋。新物流、无人超商,都需要大投资,需要各种解决方案。

在物流机器人方面,除了AGV、无人搬运小车以外,我们研究方向主要在机器人自动操作、自动抓取、计算机视觉。虽然世界各地的高校和科研院所做了多年研究,但是还有很多技术没有完全到位,没有办法成熟运用在工业场景中。2015年亚马逊在西雅图进行第一次机器人比赛,比赛规定要在20分钟之内拿到30件不同的商品,由商品抓取难易程度来评分,比赛时使用亚马逊货仓里一样的货架。2017年亚马逊在名古屋进行比赛时改变了规则,允许各队自行设计货架。这是因为机器人捡货,势必要用适合机器人快速抓取的操作环境,而不是适合人工捡货的环境。2017年的比赛同时增加了难度,需要机器人用人工智能进行辨识,比赛前提供30个新商品,当场扫描建模、学习、抓取。比赛包括混杂物品上架,下架,与上下架组合。

除了亚马逊物流的场景以外,还有其他不同的物流场景,包括一般工厂仓库、超商仓库、跨境电商仓库等。这种情形,我们使用移动机器人来做操作拣选,因此除了视觉处理以外,移动机器人导航、机械臂操作、运动规划要做整体协调配合。

2017年12月,我们参加了由戴尔电脑和DHL合办的于德国举办的机器人比赛。比赛要求在8米长货架上用机器人取出五个不同大小的盒子,再搬运到指定位置。从货架上取盒子与取单一物品不同,一方面是尺寸不同,一方面是几何形状规律性不同。所以我们对仓库机器人有一些不同的设计。机器人除了具有同样的视觉系统、机械臂与移动平台外,我们特别设计一个适合拿大盒子的夹爪。不管盒子是大是小,摆放位置是高还是低,都可以自动拿到。

总之,关于基础建设机器人,不管是对大型公共建设还是对经济建设而言,都具十分重要的作用。这些机器人在设计制作时,除了完成单一功能外,也需要考量机器人平台科技, 确保平台软件与硬件的标准性、模组化,让它们使用起来具有更高的效率,才能达到预期的商业效益,对社会经济作出贡献。

报告人简介

陈义明,新加坡南洋理工大学,台湾大学本科毕业,美国加州理工学院硕士与博士。现为南洋理工大学终身正教授,陈教授长期从事可重构机器人系统以及人机交互研究工作,是可重构机器人系统方面的先驱。近期研究以物流机器人与建筑机器人应用研究为主。曾任南洋理工大学机器人中心主任与智能系统中心主任。目前为美国机械工程学会会士(ASME Fellow),与美国电机电子工程学会会士(IEEE Fellow)。也是中国自动化学会建筑机器人专业委员会委员。新加坡Transforma Robotics Pte Ltd的创始人与首席执行官。


本文根据作者在2018国家机器人发展论坛上所作大会报告的速记整理而成

往期文章推荐

人工智能名人堂第49期 | 斯坦福研究院名人堂成员:Peter E. Ha

?【重要通知】2018智能汽车跨界融合高峰论坛将于6月28日在江苏常熟召开

?【通知】中国自动化学会关于推荐联合国 可持续发展目标青年工程师奖项候选人的通知

?【IV18】特邀主旨报告嘉宾及日程重磅出炉! 第29届IEEE国际智能车大会(IV 2018)即将盛大开幕

?【通知】2018全国第二十三届 自动化应用技术学术交流会会议通知

?【CAC2018】2018中国自动化大会论文投稿截止日期变更通知

?【分支机构】中国自动化学会“医学机器人专业委员会”成立

【IV18】阔别十年,智能车世界一流会议回归中国

?【通知】关于2018年度CAA科学技术奖励推荐工作的通知

?【重要通知】“第一届军事大数据论坛”征文

?【讲习班分享】澳门大学讲座教授陈俊龙:从深度强化学习到宽度强化学习 - 结构,算法,机遇及挑战

点击“阅读原文”打开中国自动化学会通讯第二期

Copyright © 网络机器人吧社区@2017