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:
    2326159
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 69.96万
  • 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先进机器人技术的异地制造设施来解决建筑行业面临的紧迫生产力和安全问题。然而,高度可定制的建筑设计、建筑材料和劳动力固有的可变性。密集的施工任务使传统工艺和机器人自动化的集成变得复杂,这项研究旨在通过引入一种革命性的人机协作方法来解决这些挑战,该方法被称为“人类领先的施工机器人”(HiLCR)。工艺工人在需要设计制作或精细电机控制的工业化任务中发挥“领导作用”,同时利用工业机器人手臂的基本物理能力发挥支持作用,这将确保先进的技术和机器成为滋养创造力的工具。 HiLCR 的这种平衡方法将帮助未来的工人克服迫在眉睫的机器失业危机,这是当前以人为中心的任务自动化趋势引起的劳动力最大的担忧之一。潜在的身体素质通过将需要一定体能的体力工作(例如手的灵活性和搬运材料)委托给机器人系统,消除进入建筑行业的障碍。这项研究的总体目标是建立促进高效和良好的技术和社会基础-HiLCR 在 IC 中的平衡集成。为了实现这一目标,我们将我们的工作分为两个主要研究方向:(1) 工业化建设中基于机器人的自动化转型;(2) 工匠需求满意度的评估参与在第一个研究方向中,我们将分析镶板结构的产品和生产过程,并为 HiLCR 开发直观的控制系统。产品分析将利用基于设计的建筑设计参数分析和建筑系统的公差分析来开发一个直观的控制系统。然后,生产分析将开发基于知识的系统,以标准化制造程序预先加载 HiLCR。控制系统的技术开发将包含基于力的远程操作、触觉反馈系统和主动指挥中心。 .建议然后,人体工程学分析将确定可以修改标准化制造程序的领域,以安全地提高任务完成时间和团队绩效。在第二个研究流中,我们将采用结合定性和定量数据收集和分析的混合方法研究来重新评估。在 HiLCR 应用中成功完成工艺工作所需的知识、技能、能力和其他因素;确定与更大的需求满足和工艺工人参与度相关的任务分配;并开发课程,为新工艺工人与机器人自动化一起工作做好准备。该奖项反映了 NSF 的法定使命通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,并被认为值得支持。

项目成果

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    $ 69.96万
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