Assembling Solar Panels by Dual Robot Arms Towards Full Autonomous Lunar Base Construction

📄 arXiv: 2601.05491v1 📥 PDF

作者: Luca Nunziante, Kentaro Uno, Gustavo H. Diaz, Shreya Santra, Alessandro De Luca, Kazuya Yoshida

分类: cs.RO

发布日期: 2026-01-09

备注: This is the authors' version of a paper accepted for publication in IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII), 2025, (c) IEEE

DOI: 10.1109/SII59315.2025.10870982

💡 一句话要点

提出一种双臂机器人自主组装太阳能板方案，用于月球基地建设

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 双臂机器人 自主组装 太阳能板 月球基地 视觉伺服

📋 核心要点

  1. 月球基地建设需要高效安全的能源基础设施，现有方法在自主性和适应性方面存在挑战。
  2. 论文提出双臂机器人协同作业方案，融合视觉感知、运动控制和定制硬件，实现太阳能板的自主组装。
  3. 实验验证了该方案在模拟月球环境下的可行性，能够有效连接任意放置的太阳能板模块。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种用于双臂机器人系统自主组装太阳能板模块的视觉、控制和硬件集成方案，旨在为未来月球基地的建设提供支持。该方案模拟国际空间站的建造模式，通过运输模块并在现场组装必要组件来实现。论文重点介绍了太阳能板模块组装这一基准任务的感知和控制流程，并设计和测试了专用硬件。通过使用模块化太阳能板模型和主动-被动连接器，并将夹具控制集成到流程中，实验结果表明该方法能够有效地连接任意放置的太阳能板，突出了视觉、控制和硬件系统在复杂空间应用中的无缝集成。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决月球基地建设中太阳能板的自主组装问题。现有方法可能依赖于人工干预或预先精确校准，难以适应月球表面的不确定性和复杂环境，缺乏足够的自主性和鲁棒性。

核心思路：论文的核心思路是集成视觉感知、运动控制和定制硬件，构建一个完整的双臂机器人自主组装系统。通过视觉感知获取太阳能板的位置和姿态信息，利用运动控制规划双臂的运动轨迹，并使用定制的夹具实现太阳能板的精确连接。这种集成方案旨在提高组装的自主性、灵活性和可靠性。

技术框架：该系统的整体架构包含以下几个主要模块：1) 视觉感知模块，用于识别和定位太阳能板；2) 运动规划模块，根据太阳能板的位置信息，规划双臂的运动轨迹；3) 夹具控制模块，控制定制夹具实现太阳能板的抓取和连接；4) 任务协调模块，协调双臂的动作，保证组装过程的顺利进行。

关键创新：该论文的关键创新在于将视觉感知、运动控制和硬件设计紧密结合，实现了一个完整的自主组装系统。与传统的机器人组装方法相比，该方法更加灵活，能够适应不确定环境，并且无需人工干预。此外，定制的夹具设计也提高了组装的精度和可靠性。

关键设计：论文中使用了主动-被动连接器，这种连接器能够容忍一定的误差，降低了对机器人运动精度的要求。此外，视觉感知模块采用了特定的图像处理算法，能够准确识别和定位太阳能板。具体的参数设置和损失函数等技术细节在论文中没有详细描述，属于未知信息。

📊 实验亮点

论文通过实际的双臂机器人实验验证了所提出方案的有效性。实验结果表明，该系统能够成功连接任意放置的太阳能板模块，证明了视觉、控制和硬件系统在复杂空间应用中的无缝集成。虽然论文中没有提供具体的性能数据和对比基线，但实验结果足以表明该方案具有较高的可行性和应用价值。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于月球及其他星球的基地建设，例如自主搭建太阳能发电站、居住舱等基础设施。此外，该技术也可推广到地球上的高危环境或精密制造领域，例如核电站维护、深海作业、微电子器件组装等，具有广阔的应用前景和重要的实际价值。

📄 摘要（原文）

Since the successful Apollo program, humanity is once again aiming to return to the Moon for scientific discovery, resource mining, and inhabitation. Upcoming decades focus on building a lunar outpost, with robotic systems playing a crucial role to safely and efficiently establish essential infrastructure such as solar power generating towers. Similar to the construction of the International Space Station (ISS), shipping necessary components via modules and assembling them in situ should be a practical scenario. In this context, this paper focuses on the integration of vision, control, and hardware systems within an autonomous sequence for a dual-arm robot system. We explore a perception and control pipeline specifically designed for assembling solar panel modules, one of the benchmark tasks. Ad hoc hardware was designed and tested in real-world experiments. A mock-up of modular solar panels and active-passive connectors are employed, with the control of this grappling fixture integrated into the proposed pipeline. The successful implementation of our method demonstrates that the two robot manipulators can effectively connect arbitrarily placed panels, highlighting the seamless integration of vision, control, and hardware systems in complex space applications.