Collaborative Research: FW-HTF-RM: Human-in-the-Lead Construction Robotics: Future-Proofing Framing Craft Workers in Industrialized Construction

合作研究:FW-HTF-RM:人类主导的建筑机器人:工业化建筑中面向未来的框架工艺工人

基本信息

  • 批准号:
    2326160
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 26.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-10-01 至 2026-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Industrialized construction (IC) can address the pressing productivity and safety issues facing the construction industry by transferring many tasks to offsite manufacturing facilities that leverage the power of advanced robotic technologies. However, highly customizable building designs, the inherent variability in construction materials, and labor-intensive construction tasks complicate the integration of traditional craftwork and robotic automation. This research aims to address these challenges by introducing a revolutionary approach to human-robot collaboration, named Human-in-the-Lead Construction Robotics (HiLCR). The proposed HiLCR empowers craft workers to take the “lead” in industrialized tasks that require design-making or fine motor control, while leveraging the fundamental physical capacities of industrial robotic arms in a support role. HiLCR will ensure that advanced technologies and machines serve as tools that nourish the ingenuity of craft workers instead of suppressing it. This balanced approach of HiLCR will help future workers overcome the looming crisis of job loss to machines, one of the greatest workforce fears caused by the current trends in automating human-centric tasks. Furthermore, HiLCR can reduce potential physical barriers to entry into the construction industry by delegating manual work that requires certain physical abilities, such as hand dexterity and lifting of materials, to the robotic system.The overarching goal of this research is to establish the technical and social foundations that promote efficient and well-balanced integration of HiLCR in IC. To achieve this goal, we have organized our efforts into two primary research streams: (1) the transformation of robotics-based automation in industrialized construction; and (2) the evaluation of craft worker need satisfaction and engagement in HiLCR. In the first research stream, we will analyze the product and production processes of panelized construction and develop an intuitive control system for HiLCR. The product analysis will utilize design-based parametric analysis of building designs and tolerance analysis of construction systems to develop an assembly-based database for panelized construction. The production analysis will then develop knowledge-based systems to front-load HiLCR with standardized manufacturing procedures. The technological development of the control system will incorporate force-based teleoperation, haptic feedback systems, and active command centers. The proposed ergonomic analysis will then identify areas where standardized manufacturing procedures can be revised to safely improve task completion time and team performance. In the second research stream, we will employ mixed-method research that combines qualitative and quantitative data collection and analysis to re-evaluate the knowledge, skills, abilities, and other factors required for successful performance on craft work in HiLCR applications; identify task assignments associated with greater need satisfaction and engagement of craft workers; and develop curriculum to prepare new craft workers for working with and alongside robotic automation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
工业化建筑(IC)可以通过将许多任务转移到利用高级机器人技术力量的异地制造设施中来解决建筑行业面临的紧迫生产力和安全问题。但是,高度可定制的建筑设计,建筑材料的继承可变性以及劳动密集型的建筑任务使传统工艺和机器人自动化的整合变得复杂。这项研究旨在通过引入革命性的人类机器人协作方法来应对这些挑战,该方法被称为“人类在领导者”建筑机器人技术(HILCR)。拟议的HILCR赋予工艺工人在需要设计制造或精细运动控制的工业化任务中获得“铅”,同时利用工业机器人武器的基本身体能力来担任支持角色。 HILCR将确保先进的技术和机器用作滋养精品工人的创造力而不是压制它的工具。这种平衡的HILCR方法将帮助未来的工人克服失业机器的失业,这是当前自动化以人为中心任务的趋势引起的最大劳动力恐惧之一。此外,HILCR可以通过委派需要某些身体能力的手动工作(例如手动灵活性和材料抬起)来减少进入建筑行业的潜在物理障碍。这项研究的总体目标是建立技术和社会基础,以促进HILCR在IC中的有效效率和良好平衡的整合。为了实现这一目标,我们将精力组织为两个主要的研究流:(1)基于机器人技术在工业化建筑中的自动化的转变; (2)对工艺人员的评估需要在HILCR中满意和参与度。在第一个研究流中,我们将分析套筒结构的产品和生产过程,并为HILCR开发直观的控制系统。产品分析将利用建筑物设计的基于设计的参数分析和建筑系统的耐受性分析,以开发基于组装的数据库用于集盘结构。然后,生产分析将开发基于知识的系统,以使用标准化的制造程序进行前负载HILCR。控制系统的技术开发将结合基于力的远程操作,触觉反馈系统和主动指挥中心。然后,拟议的人体工程学分析将确定可以修改标准化制造程序以安全地改善任务完成时间和团队绩效的领域。在第二个研究流中,我们将采用混合方法研究,将定性和定量数据收集和分析结合起来,以重新评估HILCR应用程序手工艺品工作所需的知识,技能,能力和其他因素;确定与更高的需求满意度和工艺工人参与相关的任务分配;并开发课程,以准备新的手工艺工人与机器人自动化一起工作。该奖项反映了NSF的法定任务,并使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准,被视为通过评估来获得珍贵的支持。

项目成果

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