<p><img src="https://news.mit.edu/sites/default/files/styles/news_article__image_gallery/public/images/202211/MIT%20News-Assembly%20.jpeg?itok=edg8e1w9" alt="Illustration showing manufacturing parts in the simulation pipeline. In top three panels, a rod and several nuts and bolts are being fastened to a rectangular plate; in the bottom three panels, a cylindrically shaped motor is being assembled." width="808" height="538" />&nbsp;</p> <p>制造業(yè)(在很大程度上)張開雙臂歡迎人工智能。少些無聊，骯臟和危險(xiǎn)?不用再說了。當(dāng)然，機(jī)械裝配的規(guī)劃仍然需要繪制一些草圖，這是一個(gè)復(fù)雜的難題，意味著要處理現(xiàn)實(shí)世界裝配所需的任意3D形狀和高度受限的運(yùn)動。</p> <p>&nbsp;</p> <p>可以理解的是，在將零件送到裝配線之前，人類工程師需要跳到環(huán)中，手動設(shè)計(jì)裝配計(jì)劃和指令，而這種手動性質(zhì)意味著高昂的人工成本和潛在的錯(cuò)誤。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了減輕上述負(fù)擔(dān)，來自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)、Autodesk Research和德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員提出了一種自動組裝產(chǎn)品的方法，該方法準(zhǔn)確、高效、可推廣到各種復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界組裝。他們的算法有效地確定了多部件組裝的順序，然后為每一步搜索物理上真實(shí)的運(yùn)動路徑。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)制作了一個(gè)斯巴達(dá)級別的大規(guī)模數(shù)據(jù)集，其中包含數(shù)千個(gè)物理上有效的工業(yè)組件和運(yùn)動，以測試他們的方法。所提出的方法能夠解決幾乎所有的問題，特別是在旋轉(zhuǎn)組件上，如螺絲和拼圖，其性能大大優(yōu)于以前的方法。此外，它有點(diǎn)像一個(gè)速度惡魔，因?yàn)樗梢栽趲追昼妰?nèi)解決80個(gè)部件的組裝。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該論文的主要作者、麻省理工學(xué)院CSAIL博士生田云生說:&ldquo;如果我們能自動找出排序和移動的方法，而不是專門為一種特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的裝配線，我們就可以使用完全自適應(yīng)的設(shè)置。&rdquo;&ldquo;也許一條裝配線可以用來生產(chǎn)大量不同的產(chǎn)品。我們認(rèn)為這是小批量、高混合的組裝，而不是傳統(tǒng)的大批量、低混合的組裝，后者非常特定于某種產(chǎn)品。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>例如，給定裝配一根螺桿的目標(biāo)，該算法將通過拆卸和裝配兩個(gè)階段來找到裝配策略。拆卸規(guī)劃算法尋找一條無碰撞路徑將螺桿從桿上拆卸下來。該算法通過物理模擬，對螺桿施加不同的力，觀察螺桿的運(yùn)動。因此，沿桿的中心軸旋轉(zhuǎn)的扭矩將螺釘移動到桿的末端，然后一個(gè)指向桿外的直力將螺釘和桿分開。在裝配階段，算法將拆卸路徑反向，從單個(gè)部件得到裝配解。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;想想宜家家具&mdash;&mdash;它有一本小冊子，上面有詳細(xì)的說明。如今，所有這些都必須由人們手工編寫，所以現(xiàn)在我們可以弄清楚如何制作這些組裝指令，&rdquo;歐特克研究公司(Autodesk research)的高級研究經(jīng)理卡爾&middot;d&middot;d&middot;威利斯(Karl D.D. Willis)說。&ldquo;你可以想象，對于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的人來說，這可能有助于建立這些類型的指令。要么是為人設(shè)計(jì)的，比如制定這些裝配計(jì)劃，要么是為某種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><span class="h1"><strong>拆卸/組裝舞蹈</strong></span></p> <p>&nbsp;</p> <p>在目前的制造業(yè)中，在工廠或裝配線中，所有東西通常都是硬編碼的。如果你想組裝一個(gè)給定的產(chǎn)品，你必須精確地控制或編程指令來組裝或拆卸一個(gè)產(chǎn)品。哪個(gè)零件應(yīng)該先組裝?下一步應(yīng)該裝配哪一部分?你要怎么組裝這個(gè)?</p> <p>&nbsp;</p> <p>以前的嘗試主要局限于簡單的組裝路徑，比如非常直接的部件轉(zhuǎn)換&mdash;&mdash;沒有太復(fù)雜的東西。為了超越這一點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)基于物理的模擬器&mdash;&mdash;一種通常用于訓(xùn)練機(jī)器人和自動駕駛汽車的工具&mdash;&mdash;來指導(dǎo)搜索裝配路徑，這使得事情變得更容易，更具有普遍性。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;假設(shè)你想從軸上拆卸一個(gè)墊圈，這是非常緊密的幾何組裝。目前的情況是嘗試著嘗試各種不同的方法去分離它們，而你很可能無法創(chuàng)造出一個(gè)完全無碰撞的簡單路徑。使用物理，你就沒有這個(gè)限制了。例如，你可以試著加一個(gè)簡單的向下的力，模擬器就會找到正確的動作，將洗衣機(jī)從軸上拆卸下來。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然該系統(tǒng)可以輕松處理剛性物體，但在未來的工作中還需要規(guī)劃軟的、可變形的組件。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)正在探索的一種工作方式是制造一個(gè)物理機(jī)器人來組裝物品。這將需要在機(jī)器人控制方面做更多的工作，并計(jì)劃與團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)集成，作為朝著更廣泛的目標(biāo)邁出的一步:制造一條可以自適應(yīng)地在沒有人類的情況下組裝所有東西的裝配線。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這里的長期愿景是，你如何利用自動化和機(jī)器人技術(shù)，將世界上任何物體的零件組裝起來?威利斯說。&ldquo;相反，我們?nèi)绾螌⑹澜缟先魏斡稍S多不同類型的材料組成的物體分開，以便我們可以回收并將它們放入正確的廢物流中?&rdquo;我們正在采取的步驟是研究如何使用一些先進(jìn)的模擬來開始分離這些部件，并最終達(dá)到我們可以在現(xiàn)實(shí)世界中測試的地步。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>NVIDIA高級機(jī)器人研究科學(xué)家Yashraj Narang表示:&ldquo;在機(jī)器人、制造和圖形領(lǐng)域，組裝一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。&ldquo;這項(xiàng)工作是模擬機(jī)械裝配和解決裝配規(guī)劃問題的重要一步。它提出了一種方法，巧妙地結(jié)合了解決計(jì)算更簡單的拆卸問題，在自定義模擬器中使用基于接觸豐富物理的力的動作，并使用漸進(jìn)式深化搜索算法。令人印象深刻的是，該方法可以在幾分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)由50個(gè)部件組成的發(fā)動機(jī)的組裝計(jì)劃。在未來，看到其他研究人員和工程師在這項(xiàng)優(yōu)秀工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)工作，也許會讓機(jī)器人在模擬中執(zhí)行組裝操作，然后將這些行為轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)世界的工業(yè)環(huán)境中，這將是令人興奮的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院教授、CSAIL首席研究員Wojciech Matusik是這篇論文的資深作者，博士生田云生、徐潔(現(xiàn)在是NVIDIA的研究科學(xué)家)和李一晨也是CSAIL的作者。歐特克研究公司的研究科學(xué)家駱杰良、李輝、卡爾&middot;d&middot;d&middot;威利斯以及德克薩斯農(nóng)工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授Shinjiro Sueda也參與了這篇論文。該團(tuán)隊(duì)將在2022年SIGGRAPH亞洲會議上展示他們的發(fā)現(xiàn)，論文也發(fā)表在ACM圖形學(xué)報(bào)上。他們的研究部分得到了美國國家科學(xué)基金會的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>