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| 設立 | 1994年5月1日 ( 1994-05-01 ) |
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| 予算 | 3,500万ドル（2020年） |
研究分野 | ロボット工学 |
| 所長 | ハーマン・ハーマン博士 |
| スタッフ | 182 |
| 住所 | 40番街10番地 |
| 場所 | ピッツバーグ、ペンシルベニア州、アメリカ合衆国 |
| 15201 | |
運営機関 | カーネギーメロン大学 |
| ウェブサイト | www.nrec.ri.cmu.edu |
国立ロボット工学センター（NREC ）は、カーネギーメロン大学ロボット研究所（RI）内の運営ユニットです。NRECは、政府および産業界のクライアントと緊密に連携し、無人車両およびプラットフォームの設計、自律性、センシングおよび画像処理、機械学習、マニピュレーション、人間とロボットの相互作用など、 ロボット技術を現実世界のプロセスおよび製品に適用しています
NRECの研究目的とアプローチ
NRECはロボット技術を応用し、構想から商品化まで、機能的なプロトタイプシステムを構築しています。[1]典型的なNRECプロジェクトは、迅速な概念実証デモンストレーションに続いて、ライセンス供与と商品化のための知的財産を備えた堅牢なプロトタイプを作成するための徹底的な開発およびテストフェーズで構成されます。このプロセス全体を通して、NRECはソフトウェア開発、システム統合、およびフィールドテストのベストプラクティスを適用します。スポンサーおよびパートナーには、産業企業、テクノロジー系スタートアップ企業、そしてDARPA、運輸省、NASA、空軍研究所、米国陸軍工兵隊などの連邦政府機関が含まれます。
NRECの研究モデルは、
- あらゆるレベルと分野にわたるクリエイティブなデザインとエンジニアリング
- 社内製造能力を活用した迅速なプロトタイピング
- スポンサーとの協力による技術の商業化
NRECの歴史
1994年、カーネギーメロンフィールドロボティクスセンターの科学者たちは、移動ロボット分野が農業、建設、鉱業、公益事業、その他の市場での商業的応用に十分成熟していることを認識しました。その結果、ロボット技術を開発し、産業界および連邦政府機関に導入するという使命を帯びて、全米ロボティクス・エンジニアリング・コンソーシアム（NREC）が設立されました。センターの当初の資金には、NASAからの250万ドルのシード資金が含まれていました。[1]
1996年、同組織はピッツバーグのローレンスビル地区にある現在の施設に移転し、国立ロボット工学センター（NREC）に改称されました。NRECは、産業用ブラウンフィールドの再生地に建つ、10万平方フィート（約9,000平方メートル）の鋳造工場を改装した施設内にあります。
NRECタイムライン
| 年 | 重要な節目 |
|---|---|
| 1994年 | NASAがNRECの設立に資金提供 |
| 1996 | NRECが現在の施設に移転 |
| 1997 | チェルノブイリ原発事故対応のための 先駆的なシステムが開発される |
| 1997 | デメテルプロジェクトは自動化された自走式収穫機の開発につながる |
| 2000 | 学生と教師のためのSTEM（科学、技術、工学、数学）とロボット工学教育を 育成するために、ロボティクスアカデミーが設立されました |
| 2000 | NRECはDARPAのUGCVおよびPerceptORプログラムを獲得し[説明が必要] 、 Crusher無人地上戦闘車両の開発につながった[2] |
| 2001 | M-2000ロボット式ハイドロブラストシステムは、船体剥離のための環境に安全で費用対効果の高いソリューションを提供します。このシステムは現在、ENVIROBOTとして商業生産されています。[3] |
| 2005 | 米海兵隊向けに開発されたグラディエーター戦術無人地上車両。 [4] |
| 2006 | クラッシャー無人地上車両がオフロード自律航行のための2年間のフィールド試験を開始 |
| 2007 | CMUのタータンレーシングチームがDARPAアーバンチャレンジ無人車両競技で優勝[5] [6] |
| 2008 | 炭鉱のコンベアベルトを監視し、生産性と作業員の安全性を向上させる高速マシンビジョンシステムの開発 |
| 2009 | 収穫、散布、草刈りのための自律型農業機械の導入 |
| 2010 | センサボットロボットはガス・石油施設の検査機能を提供します |
| 2011 | オバマ大統領がNRECを訪問し、国家ロボット工学イニシアチブを立ち上げる[7] |
| 2012 | DARPAは、NRECのタータン救助チームをDARPAロボティクスチャレンジへの参加チームに選出しました[8] |
| 2013 | タータン・レスキューのCHIMPロボット（CMU高度知能移動プラットフォーム）がDARPAロボティクス・チャレンジ・トライアル[9]で3位を獲得し、決勝進出を果たしました[10] |
| 2015年 | ハーマン・ハーマン博士がNRECの新所長に就任 |
| 2016年 | NRECは20周年を迎えました[要出典] |
| 2017 | 米国陸軍工兵隊と協力し、ミシシッピ川でのマット沈下作業を支援するための初期ロボット試作 |
| 2018 | ハネウェルとCMU、コネクテッド配送センター向けの高度なサプライチェーンロボットとAIソリューションを開発 |
| 2019 | NREC主催、米陸軍AIタスクフォース発足 |
| 2019 | Advanced Robotics for Manufacturing（ARM）は、カーネギーメロン大学のNRECおよびロボティクスアカデミーと提携し、熟練した技術労働力を育成しています |
| 2020 | 米陸軍工兵隊向けARMOR 1プロトタイプのデモンストレーション |
| 2021 | CMUがNRECの25年間のインパクトレポートを発表 |
プロジェクト事例
DARPAロボティクスチャレンジ
CHIMPは人間サイズのロボットで、立っているときの高さは5フィート2インチ（約1.8メートル）、重さは約400ポンド（約200キログラム）です。タータンレスキューチームのエンジニアは、ロボットではなく人間のために作られた危険で劣化した環境で作業できるようにCHIMPを設計しました。CHIMPは半自律的に動作し、オペレーターからの高度な指示を計画し実行することができます。人間に近い形状、強さ、精度、器用さにより、人間レベルの複雑な作業を実行できます。CHIMPは動的バランス歩行ロボットではありません。代わりに、四肢に組み込まれた安定した戦車のような履帯の上を移動するように設計されています。電動工具を操作したり、バルブを回したり、その他の腕を使用する必要がある場合、CHIMPは脚の履帯の上で立ち上がったり転がったりすることができます。ロボットの長い前腕（約5フィート）は、類人猿のような外観を与えています
CHIMPは2013年12月に開催されたDARPAロボティクスチャレンジトライアルで3位にランクインしました。[9] [11] 2日間のトライアルで32ポイント中18ポイントを獲得したチームは、瓦礫の除去、ドアの開閉、壁に穴を開ける、一連のバルブを閉じるといったタスクをシステムで実行できることを実証しました。このシステムは、2015年のDARPAロボティクスチャレンジ決勝に向けてDARPAの資金援助を受ける9つのシステムのうちの1つに選ばれました。[10]
アーバンチャレンジ
カーネギーメロン大学のタータンレーシングチーム[6]とゼネラルモーターズは、2007年のDARPAアーバンチャレンジ[5]で優勝した自動運転SUVを開発しました。アーバンチャレンジレースは、2007年11月3日にカリフォルニア州ビクタービルの訓練施設で開催されました。11チームが6時間以内に60マイルの市街地コースを完走することを競いました。車両は、交通法規を遵守し、走行中の交通に安全に合流し、環状交差点を通過し、混雑した交差点を通過し、他の車両を回避しながら、模擬都市エリアで模擬ミッションを実行する必要がありました。これらはすべて人間の介入なしに行われました
農業における自動化と機械学習
車両の安全保護：障害物や地形の危険を検知できれば、有人・無人の農業車両の安全性が大幅に向上します。このプロジェクトでは、機械学習技術を用いて、様々な環境や運転条件に容易に適応できる堅牢な障害物検知システムを構築しました。NRECは、ジョンディア社が開発した3台のコンピューター制御トラクターに、同社のアドオン認識パッケージを統合しました。これらの自律走行トラクターは、泥炭湿原での収穫作業に使用されました。ロボット泥炭収穫チームは1シーズンを通してテストされ、稼働中の泥炭湿原で100回以上の収穫ミッションを完了しました。その動作は、安全な作業環境を維持しながら、手作業による泥炭収穫作業を模倣していました。
イチゴ苗選別機：NRECは、視覚、メカニズム、そして操作に関する専門知識を基に、収穫プロセスを合理化し、効率を向上させ、安定した品質を確保する自動イチゴ苗選別機を開発しました。このマシンビジョンシステムは、人が収穫したサンプルを用いてイチゴ苗を選別するように訓練されており、雨や霜によって苗の外観が変化し、根に泥やゴミが混入する可能性のある現実的な条件下で動作しながら、品種や成熟度の異なる苗を選別します。カリフォルニア州のイチゴ苗市場の約85%を占めるラッセン・キャニオン・ナーサリーをはじめとする生産者がこのプロジェクトを支援し、この技術を自社の業務に活用する予定です。
果樹園での散布：NRECは、トラクターを無人運転で稼働させるための改造キットを開発しました。このソフトウェアは車両の位置を正確に推定し、事前に設定された経路を自律的に追跡することを可能にしました。自律走行トラクターは、人間の介入なしに、オレンジ果樹園を通る7キロメートルの経路を辿りながら散水を行いました。経路のティーチ/プレイバック機能を実現するために、NRECは、オドメトリ、GPS情報、IMU測定値を統合する拡張カルマンフィルタを用いた測位システムを開発しました。この経路追跡システムは、Pure Pursuitアルゴリズムに基づいています。[説明が必要]
護送隊の安全のための防衛ロボット
NRECとオシュコシュ・ディフェンスは、米海兵隊が使用する兵站戦術装輪車両向けの自律型無人地上車両技術を開発しています。CARGO無人地上車両（CARGO UGVまたはCUGV）は、有人車両と無人車両を組み合わせた車列における自律走行を目的として設計されています。別の車両に搭乗したオペレーターが1台以上の無人車両を監視し、昼夜を問わず、あらゆる天候、そして塵や煙による視界不良時でも、車列を組んで自律走行します。
このプロジェクトで開発された技術は、無人護送隊作戦をサポートするオシュコシュ・ディフェンス社のTerraMax™ UGVキットの一部です。[12]
センサボット
センサボットは、危険な環境、隔離された施設、その他人がアクセスするのが困難または危険な場所での現場検査を安全に実施するために設計された頑丈なロボットです。リスクの軽減と作業効率の向上などのメリットがあります
このシステムは、検査センサーを装備したセンサーブームを備えた移動型ロボットベースで構成されています。極度の温度、爆発性雰囲気、有毒雰囲気下でも動作可能です。ロボットは人間のオペレーターによって遠隔操作され、センサーを用いてパイプ、継手、バルブの検査を行います。センサボットは、爆発性環境に関するIECExゾーン1規格および誘導型産業用車両のANSI安全規格に準拠するように設計されています。[13]
高度ロボットレーザーコーティング除去システム（ARLCRS）
空軍研究所(AFRL)、コンカレント テクノロジーズ コーポレーション (CTC)、および NREC は、空軍資材司令部 (AFMC) からの資金提供を受けて、米国空軍航空機からコーティングを除去する環境に優しいシステムを開発しています。
先進ロボット式レーザーコーティング除去システム（ARLCRS）は、強力なレーザー剥離ツールと最先端の移動ロボットを用いて、航空機から塗料やコーティングを自動除去します。このシステムは、戦闘機から貨物機、タンカー機まで、あらゆる用途に対応できる拡張性を備えています。ARLCRSは、有害廃棄物、大気排出物、メンテナンスコスト、そして処理時間を削減します。CTCはレーザーコーティング除去システムと粒子捕捉システムを開発しています。NRECは、移動ロボット、センサー、そして自律システムを開発しています。
地下炭鉱のオペレーター支援
NRECは石炭鉱業業界のパートナーと協力し、長壁採掘におけるオペレーター支援技術の開発に取り組んできました。これには、連続採掘機用の包括的なナビゲーションシステム、ロボットの位置特定のためのレーザー距離計ベースの認識、混雑した空間での計画、そして統合・シミュレーションツールが含まれます。このシステムは、ウェストバージニア州の稼働中の鉱山で実証され、成功を収めました。[要出典]関連する研究および目標には、鉱山測量の自動化、運搬、複数機械の連携などがあります。
ARMOR 1：マットシンキングシステム
ARMOR 1は、ミシシッピ川沿いの護岸工事を行う米国陸軍工兵隊の自動ロボットシステムです。ARMOR 1は配備後、1948年に建造された旧式のマットシンキングユニットに取って代わります。その目的は、護岸工事のスピードアップと、この重要な作業に従事する作業員の安全性と労働環境の改善です。
ARMOR 1は完成すると、6基の独立したロボットクレーンを備えることになります。これらのクレーンは、供給船から大型のコンクリートブロックを拾い上げ、ARMOR 1の製造船の「マットデッキ」に積み込みます。そこで、個々のブロックは自動結束システムによって140フィート（約42メートル）、最大900フィート（約270メートル）の柔軟な「マット」にまとめられます。完成したマットは船から投下され、ミシシッピ川の岸に沿って沈められます。その間、デッキでは新たなマットが次々と組み立てられていきます。
教育への貢献
カーネギーメロンロボティクスアカデミー（CMRA）は、カーネギーメロン大学の教育支援機関であり、同大学の世界的に有名なロボティクス研究所の一部です。2000年、CMRAの事務スタッフと開発チームはNRECの施設に入居しました
コンピュータサイエンス STEM ネットワーク (CS2N) は、ロボティクス アカデミーを含むカーネギーメロン大学と国防高等研究計画局 (DARPA) との共同研究プロジェクトであり、高度なコンピュータサイエンスおよび科学、技術、工学、数学 (CS-STEM) の学位を取得しようとする学生数を増やすことを目的としています。
参照
参考文献
- ^ ab 「ピッツバーグの自治セクター：パートナーシップと投資の歴史」www.bizjournals.com . 2022年10月5日閲覧。
- ^ 「Crusher無人地上戦闘車両発表」（PDF） （プレスリリース）。国防高等研究計画局。2006年4月28日。 2011年1月12日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2010年11月18日閲覧。
- ^ Chariot Robotics、公式ウェブサイト
- ^ グラディエーター戦術無人地上車両、Globalsecurity.orgウェブサイト
- ^ ab DARPA Urban Challenge Archived 2014-03-05 at the Wayback Machine、アーカイブされたウェブサイト
- ^ カーネギーメロン大学タータンレーシング公式ウェブサイトより
- ^ オバマ大統領、ロボット革命を指揮、主要なロボット工学イニシアチブを発表、IEEE Spectrum。
- ^ カーネギーメロン大学の四肢ロボットが12月にDARPAロボットチャレンジトライアルに出場、カーネギーメロン大学プレスリリース、2013年7月
- ^ ab DARPA Robotics Challenge Trials Archived 14 July 2014 at the Wayback Machine、アーカイブされたウェブサイト。
- ^ ab DARPA Robotics Challenge Archived 2016-04-28 at the Wayback Machine、公式ウェブサイト。
- ^ 「DARPAロボティクスチャレンジ：出場者たち（写真あり）」CNET . 2022年10月5日閲覧。
- ^ 無人地上車両、オシュコシュ・ディフェンス公式ウェブサイト
- ^ センサボット：安全で費用対効果の高い検査ソリューション、石油技術ジャーナル、2012年10月
- フェントン、エドウィン（2000年）『カーネギーメロン1900-2000：100周年記念史』ピッツバーグ：カーネギーメロン大学出版局、ISBN 0-88748-323-2。
