Next Generation Robotics for Norwegian Industry

NextGenRob ? Neste-generasjon robotikk for norsk industri - var et 5-årig forskningsprogram der vi har utviklet ny kompetanse og teknologi innen robotikk for norsk industri. Prosjektet ble ledet av SINTEF IKT og ble finansiert med støtte fra Norges Forskningsråd og fra de industrielle partnerne Statoil, Hydro, Tronrud Engineering, Glen Dimplex Nordic, SB Seating og RobotNorge. SINTEF-forskere, fire doktorgradskandidater, en postdoc og professorer ved NTNU (Institutt for teknisk kybernetikk og Institutt for produksjons- og kvalitetsteknikk) jobbet på industrirelevante problemstillinger identifisert i samarbeid med industripartnere. Prosjektet hadde en case-basert tilnærming der relevante industriell use case ble identifisert og analysert i samarbeid med industrielle partnere. Use casene var: ? Fjernstyrt inspeksjon og vedlikehold av olje- og gassinstallasjoner. ? Rengjøring av karbonanoder. ? Pakking av stoldeler i pappesker. ? Robotsertisert plukking av stolhjul fra kasse. ? Håndtering av fleksible bjelker. ? Håndtering av dynamiske objekter for hengende samlebånd. Med bakgrunn i de identifiserte use casene så ble det utvikle ny og muliggjørende teknologi i NextGenRob som også ble testet og demonstrert. Et viktig fokus har vært på kompetansebygging og teknologier som kan muliggjøre robotisert produksjon og operasjoner i skiftende miljøer med skiftende oppgaver som må utføres. Slike operasjoner inkluderer, for eksempel, "en-stykks-produksjon" som innebærer produksjonslinjer som kan håndtere et stort spekter av ulike produkttyper / -størrelser / -fasonger. De viktigste bidragene innen kompetansebygging i NextGenRob har vært tre områder: Robotsyn omfatter hvordan roboten automatisk oppfatter miljøet sitt. ? 3D-objekt lokalisering: I NextGenRob har vi utviklet verktøy sanntidsanalyse av 3D sensordata for å bestemme posisjon og orientering av objekter (f.eks stoldeler, eller en sensor i et olje- og gassanlegg) slik at roboter kan automatisk håndtere slike objekter. ? Bevegelsesestimering av fleksible bjelker og fritthengende objekter: Vi har utviklet verktøy for å bestemme form og plassering av fleksible bjelker (f.eks metallplater) for automatisert håndtering, enten av to roboter, eller gjennom menneske-robot-samarbeid. I tillegg har vi utviklet nye verktøy for å finne og følge posisjonen til fritthengende objekter basert på sanntidsvideobilder og metoder for tilstandsestimering slik at roboter automatisk kan håndtere slike objekter. Robotstyring handler om hvordan man skal styre en robot slik at den utfører sine oppgaver på riktig måte ? Synkronisert styring av robotmanipulatorer: Roboter som samarbeider for å løse industrielle oppgaver må operere synkronisert. Vi har demonstrert synkronisert styring av en robotmanipulator som fungerer som et kameraplattform for intuitiv og trygg overvåking av fjernstyrte operasjoner. Videre har vi utviklet teknologi som gjør roboter i stand til å samarbeide om å løfte og håndtere gjenstander ? Sanntidsstyring: Robotmanipulatorer kan operere ved svært høye hastigheter, men dette kommer ofte på bekostning av redusert nøyaktighet. NextGenRob har skjøvet disse grensene og utviklet metoder for robotoperasjoner med både høy hastighet og høy nøyaktighet. Videre har vi utviklet fleksible robotgrensesnitt som muliggjør mer enkel programmering av roboter fra ulike leverandører. ? Nano-robotikk: Evnen til å "se" og manipulere på en svært liten skala - på nanonivå - åpner mange muligheter innen både industri- og forbrukerteknologi. Disse muligheter inkluderer å være i stand til å fremstille mindre og mer nøyaktige sensorer og bedre materialer (f.eks, sterkere, med større varmemotstand, osv.). I NextGenRob, har vi utviklet nye metoder for manipulering på en nano-skala. Robotautonomi omfatte muligheten et robotsystem har for å operere med en viss grad av uavhengighet fra en menneskelig operatør, og omfatter også hvordan å fordele arbeidsbelastning mellom mennesker og roboter: ? Lærende roboter: En hovedmotivasjon for innføring av robotlæring er å redusere behovet for kompleks og tidkrevende reprograming av roboter når nye oppgaver må utføres (f.eks, et behov for å håndtere en ny del på et samlebånd). I NextGenRob har vi utviklet og demonstrert læring for pålitelig griping med roboter. ? Autonome operasjoner: Vi har bidratt til å utvikle en strukturert tilnærming til design av autonomi i nåværende og nye applikasjoner. Et viktig aspekt har vært å identifisere hvilke spørsmål man må spørre ved design og utvikling av autonome systemer for å dekke alle viktige området ved slike systemer. ? Menneske-robot-samarbeid: NextGenRob kompetanse er muliggjørende for at roboter kan samarbeide med mennesker. Vi har vist hvordan et menneske kan lede en gjenstand, mens to roboter tar jobben mede å bære vekten av gjenstanden. Vi har også demonstrert hvordan roboter kan læres operasjoner bare ved å følge håndbevegelser fra menneskelige "robotprogrammerere".

The proposed project will develop fundamentals, competence and leading-edge technologies within robotics to enable the introduction of advanced robotic solutions in specific Norwegian production processes. In particular, the project will target production tasks that today are manually operated, and where robotic solutions are believed to give substantial economic effect and yield a considerable reduction of production costs. As expected, automation of these tasks will eliminate the need for repetitive man ual work improving safety of personnel as well as quality of products and services. It is a key step to increase the international competitiveness of the industrial partners. The project will start out from a set of challenging cases identified by the ind ustrial partners that involve contact/assembly manipulation in uncertain and unstructured environments. By attacking several cases in parallel the project will build the necessary competence and develop generic methods that are relevant for a wide spectru m of similar applications. These tasks are expected to be performed in demanding and uncertain environments, in presence of several another active and moving objects/obstacles in a working area and under the requirement of real time interaction. Such ope rations inherently possess many challenges for developing a system capable to substitute a human. Various innovative contributions in subjects of motion planning, feedback control, signal processing, instrumentation, sensor fusion, robot perception and l earning as well as system integration are to meet in one place. The project addresses the collective technology and competence gaps faced by the industrial partners in these areas. The project will develop new approaches, methods and algorithms for solvi ng the problems and lay down new principles for enabling technologies for automation and robotics-based solutions requested by the Norwegian industry.