A Shared-Autonomy Construction Robotic System for Overhead Works

📄 arXiv: 2511.09695v1 📥 PDF

作者: David Minkwan Kim, K. M. Brian Lee, Yong Hyeok Seo, Nikola Raicevic, Runfa Blark Li, Kehan Long, Chan Seon Yoon, Dong Min Kang, Byeong Jo Lim, Young Pyoung Kim, Nikolay Atanasov, Truong Nguyen, Se Woong Jun, Young Wook Kim

分类: cs.RO, eess.SY

发布日期: 2025-11-12

备注: 4pages, 8 figures, ICRA construction workshop

💡 一句话要点

提出一种共享自主的建筑机器人系统，用于高空作业场景

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱三：空间感知 (Perception & SLAM)

关键词: 建筑机器人 高空作业 共享自主 遥操作 动态环境 3D重建 神经配置空间 高斯溅射

📋 核心要点

  1. 高空作业环境复杂，传统方法依赖人工，效率低且存在安全隐患，需要更智能的自动化解决方案。
  2. 该系统采用共享自主模式，结合高斯溅射在线3D重建和神经配置空间障碍方法，实现安全高效的遥操作。
  3. 初步实验验证了该硬件平台在钻孔、螺栓固定和锚固等任务中的可行性，以及软件在动态环境下的安全遥操作能力。

📝 摘要（中文）

本文介绍了一种用于天花板钻孔等高空作业的机器人系统的开发进展。该硬件平台包括一个带有两级升降机构的移动底座，底座上安装了一个双臂躯干，配备定制设计的钻孔末端执行器和RGB-D相机。为了支持在动态环境和有限可见性下的遥操作，我们使用高斯溅射进行在线3D重建，并引入运动参数来建模移动物体。为了在动态障碍物周围安全操作，我们开发了一种用于规划和控制的神经配置空间障碍方法。初步可行性研究表明，该硬件在钻孔、螺栓固定和锚固方面具有能力，并且该软件能够在动态环境中安全地进行遥操作。

🔬 方法详解

问题定义：高空作业，如天花板钻孔，环境复杂且动态，人工操作效率低且危险。现有遥操作方法在动态环境和有限可见性下难以保证安全性和效率，需要更智能的机器人系统辅助操作人员。

核心思路：采用共享自主模式，操作员通过遥操作控制机器人，同时机器人利用感知和规划算法辅助操作员，提高作业效率和安全性。核心在于实时环境重建和安全运动规划，确保机器人能在动态环境中安全可靠地完成任务。

技术框架：该系统主要由以下几个模块组成：1) 硬件平台：包括移动底座、两级升降机构、双臂躯干、钻孔末端执行器和RGB-D相机；2) 环境感知：使用RGB-D相机获取环境信息，并利用高斯溅射进行在线3D重建，同时引入运动参数建模动态物体；3) 运动规划与控制：开发神经配置空间障碍方法，用于在动态环境中进行安全的路径规划和运动控制；4) 遥操作界面：操作员通过遥操作界面控制机器人。

关键创新：1) 采用高斯溅射进行在线3D重建，能够实时更新环境模型，适应动态环境；2) 提出神经配置空间障碍方法，能够有效避免动态障碍物，保证机器人的安全运动；3) 将共享自主模式应用于高空作业机器人，结合操作员的经验和机器人的智能，提高作业效率和安全性。

关键设计：高斯溅射的具体实现细节未知，神经配置空间障碍方法的网络结构和损失函数未知，钻孔末端执行器的具体设计细节未知。运动参数的具体建模方式未知。这些细节将影响系统的性能和鲁棒性。

📊 实验亮点

初步实验验证了该硬件平台在钻孔、螺栓固定和锚固等任务中的可行性。同时，软件系统能够在动态环境中实现安全遥操作，但具体的性能指标（如作业效率、安全性提升幅度等）和对比基线未给出，需要进一步的实验验证和性能评估。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于建筑行业的各种高空作业场景，例如天花板钻孔、管道安装、电线铺设等。通过提高作业效率和安全性，降低人工成本和安全风险，具有广阔的应用前景。未来可进一步扩展到其他复杂环境下的作业任务，例如桥梁检测、隧道维护等。

📄 摘要（原文）

We present the ongoing development of a robotic system for overhead work such as ceiling drilling. The hardware platform comprises a mobile base with a two-stage lift, on which a bimanual torso is mounted with a custom-designed drilling end effector and RGB-D cameras. To support teleoperation in dynamic environments with limited visibility, we use Gaussian splatting for online 3D reconstruction and introduce motion parameters to model moving objects. For safe operation around dynamic obstacles, we developed a neural configuration-space barrier approach for planning and control. Initial feasibility studies demonstrate the capability of the hardware in drilling, bolting, and anchoring, and the software in safe teleoperation in a dynamic environment.