Towards Autonomous Bricklaying Using Boston Dynamics Spot

📄 arXiv: 2610.27472v1 📥 PDF

作者: Karl-Johan Sorensen, Nico vom Hofe, Frank H. P. Fitzek

分类: cs.RO

发布日期: 2026-10-20

备注: 8 pages. Published in the Proceedings of the 43rd International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2026), Singapore

期刊: Proc. 43rd Int. Symp. Automation and Robotics in Construction (ISARC 2026), Singapore, 2026, pp. 398-405

DOI: 10.22260/ISARC2026/0052

💡 一句话要点

提出基于Boston Dynamics Spot的自主砌砖系统以解决建筑施工问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 自主砌砖 移动机器人 建筑施工 AprilTag定位 机器人导航 CAD软件 四足机器人

📋 核心要点

  1. 现有建筑施工方法在复杂地形和空间分隔区域的操作能力有限，导致效率低下和安全隐患。
  2. 本文提出了一种基于Boston Dynamics Spot的自主砌砖系统，利用机器人导航和定位技术实现砖块的自动堆叠。
  3. 实验结果表明，该系统在砖块放置精度上表现优异，平均平移误差和偏航误差均在可接受范围内，显示出良好的实用性。

📝 摘要（中文）

移动腿式机器人在现场施工中具有独特优势，包括能够穿越非结构化地形、攀爬楼梯以及在空间分隔的工作区之间独立操作。本文展示了一种基于Boston Dynamics Spot四足机器人和操控臂的自主砌砖系统的概念验证。该系统在供料区和组装区之间操作，利用AprilTag标识进行定位，并通过自动行走任务进行导航。目标砖块的位置和方向在CAD软件中指定，并直接导出供机器人执行。通过对14块木砖的四层弯曲墙体进行十次重复组装，评估了放置精度。结果显示，平均平移误差低于10毫米，平均偏航误差低于1.5度，而所有运行的总体均方根误差为27.72毫米（平移）和2.06度（旋转）。该系统还在户外环境中进行了楼梯间的测试。该工作流程模块化，易于扩展到不同的墙体几何形状。

🔬 方法详解

问题定义：本研究旨在解决传统建筑施工中机器人在复杂环境下的自主操作能力不足的问题，现有方法在非结构化地形和空间分隔区域的应用受到限制。

核心思路：通过结合Boston Dynamics Spot四足机器人与操控臂，利用AprilTag进行定位和导航，实现砖块的自主堆叠，提升施工效率和精度。

技术框架：系统分为供料区和组装区两个主要模块，使用AprilTag进行实时定位，机器人通过自动行走任务在这两个区域之间移动，CAD软件用于指定砖块的目标位置和方向。

关键创新：该系统的创新之处在于将移动腿式机器人与自主导航和定位技术相结合，能够在复杂环境中实现高精度的砖块放置，显著提高了施工的灵活性和效率。

关键设计：系统设计中，使用了AprilTag作为定位标识，确保机器人在动态环境中的准确导航；同时，砖块的目标位置和方向通过CAD软件导出，简化了操作流程。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果显示，该系统在十次重复组装中，平均平移误差低于10毫米，平均偏航误差低于1.5度，整体均方根误差为27.72毫米（平移）和2.06度（旋转），表明其在砖块放置精度上的优越性。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括建筑施工、基础设施维护和灾后重建等。通过实现自主砌砖，机器人可以在复杂和危险的环境中替代人工，提升施工安全性和效率，具有广泛的实际价值和未来影响。

📄 摘要（原文）

Mobile legged robots offer unique advantages for on-site construction, including the ability to traverse unstructured terrain, climb stairs, and operate independently between spatially separated work zones. This paper presents a proof-of-concept system for autonomous brick stacking using a Boston Dynamics Spot quadrupedal robot equipped with a manipulator arm. The system operates between a supply area and an assembly area, using AprilTag fiducials for localization and autowalk missions for navigation. Target brick positions and orientations are specified in CAD software and exported directly for robotic execution. We evaluate placement accuracy through ten repeated assemblies of a curved four-layer wall comprising 14 wooden bricks. Results show mean translation errors below 10 mm and mean yaw errors below 1.5 degrees, while the overall RMSE across all runs is 27.72 mm (translation) and 2.06 degrees (rotation). The system was also tested outdoors with stairs between the two areas. The workflow is modular and easily extendable to different wall geometries.