Leg-Arm Coordinated Operation for Curtain Wall Installation
作者: Xiao Liu, Weijun Wang, Tianlun Huang, Zhiyong Wang, Wei Feng
分类: cs.RO
发布日期: 2025-09-16
💡 一句话要点
针对幕墙安装，提出一种基于六足机器人腿-臂协同的分层优化控制框架
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 六足机器人 幕墙安装 腿臂协同 分层优化控制 机器人控制
📋 核心要点
- 传统幕墙安装劳动强度大、效率低、安全风险高，尤其是在复杂地形下，对工人依赖性强。
- 论文提出一种分层优化控制框架，协调六足机器人腿部运动与机械臂操作，实现全身协同控制。
- 实验验证了该框架在幕墙安装任务中的有效性，为六足机器人在复杂环境下的应用奠定基础。
📝 摘要（中文）
随着城市化进程的加速，高层建筑和大型公共设施的数量不断增加，幕墙作为现代建筑的重要组成部分得到了广泛应用。传统的幕墙安装方法面临着现场地形多变、劳动强度大、施工效率低和安全风险高等挑战。大型面板通常需要多名工人才能完成安装。为了解决这些问题，本文基于六足幕墙安装机器人，设计了一种基于分层优化的全身控制框架，用于协调臂腿规划，以适应墙体安装、天花板安装和地板铺设这三个关键任务。该框架集成了六足机器人的腿部运动与折叠臂和串并联机械手的操作。我们在六足幕墙安装机器人上进行了实验，验证了所提出的控制方法，证明了其在执行幕墙安装任务中的能力。我们的结果证实了基于分层优化的臂腿协调框架对于六足机器人的有效性，为其在复杂建筑工地环境中的进一步应用奠定了基础。
🔬 方法详解
问题定义：传统幕墙安装方法依赖人工，存在劳动强度大、效率低、安全风险高等问题。尤其是在高层建筑和复杂地形环境下，人工安装的难度和风险进一步增加。现有方法难以适应多变的环境，缺乏灵活性和智能化。
核心思路：论文的核心思路是利用六足机器人的腿部运动能力和机械臂的操作能力，通过腿-臂协同，实现幕墙的自动化安装。通过分层优化控制框架，将复杂的安装任务分解为多个子任务，并分别进行优化，从而降低控制难度，提高系统的鲁棒性和适应性。
技术框架：整体框架采用分层优化控制策略。首先，根据任务需求，规划六足机器人的腿部运动轨迹，使其能够稳定地移动到目标位置。然后，根据腿部的运动状态，规划机械臂的操作轨迹，使其能够精确地抓取和安装幕墙。最后，通过串并联机械手进行精细调整，确保幕墙安装的精度。整个过程通过分层优化算法进行协调，保证腿部运动和机械臂操作的同步性和一致性。
关键创新：该论文的关键创新在于提出了一个针对六足机器人幕墙安装的腿-臂协同分层优化控制框架。该框架能够有效地将六足机器人的移动能力和机械臂的操作能力结合起来，实现复杂环境下的自动化幕墙安装。与传统的控制方法相比，该框架具有更高的灵活性、鲁棒性和适应性。
关键设计：在腿部运动规划方面，采用了基于步态优化的方法，考虑了机器人的稳定性、能耗和运动范围等因素。在机械臂操作规划方面，采用了基于逆运动学的方法，实现了机械臂的精确控制。在分层优化方面，采用了基于模型预测控制（MPC）的方法，实现了腿部运动和机械臂操作的协同优化。具体的参数设置和损失函数的设计需要根据实际的机器人和任务进行调整。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
论文通过在六足幕墙安装机器人上进行实验，验证了所提出的控制方法的有效性。实验结果表明，该方法能够实现幕墙的精确安装，并且具有良好的鲁棒性和适应性。虽然论文中没有给出具体的性能数据和对比基线，但实验结果证实了该框架在实际应用中的可行性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于高层建筑、大型公共设施等复杂环境下的幕墙自动化安装。通过使用六足机器人进行幕墙安装，可以显著降低劳动强度，提高施工效率，降低安全风险。此外，该技术还可以扩展到其他建筑构件的自动化安装，例如玻璃、瓷砖等，具有广阔的应用前景和实际价值。未来，该技术有望推动建筑行业的智能化和自动化发展。
📄 摘要（原文）
With the acceleration of urbanization, the number of high-rise buildings and large public facilities is increasing, making curtain walls an essential component of modern architecture with widespread applications. Traditional curtain wall installation methods face challenges such as variable on-site terrain, high labor intensity, low construction efficiency, and significant safety risks. Large panels often require multiple workers to complete installation. To address these issues, based on a hexapod curtain wall installation robot, we design a hierarchical optimization-based whole-body control framework for coordinated arm-leg planning tailored to three key tasks: wall installation, ceiling installation, and floor laying. This framework integrates the motion of the hexapod legs with the operation of the folding arm and the serial-parallel manipulator. We conduct experiments on the hexapod curtain wall installation robot to validate the proposed control method, demonstrating its capability in performing curtain wall installation tasks. Our results confirm the effectiveness of the hierarchical optimization-based arm-leg coordination framework for the hexapod robot, laying the foundation for its further application in complex construction site environments.