The introduction of assistive construction robots can significantly alleviate physical demands on construction workers. Leveraging a Building Information Model (BIM) offers a natural and promising approach to driving a robotic construction workflow. However, because of uncertainties inherent in construction sites, such as discrepancies between the as-designed and as-built components, robots cannot solely rely on a BIM to plan and perform field construction work. Human workers are adept at improvising alternative plans with their creativity and experience and thus can assist robots in overcoming uncertainties and performing construction work successfully. In such scenarios, it is critical to continuously update the BIM as work processes unfold so that it includes as-built information for the ensuing construction and maintenance tasks. This research introduces an interactive closed-loop digital twin framework that integrates a BIM into human-robot collaborative construction workflows. The robot's functions are primarily driven by the BIM, but it adaptively adjusts its plans based on actual site conditions, while the human co-worker oversees and supervises the process. When necessary, the human co-worker intervenes in the robot's plan by changing the task sequence or workspace geometry or requesting a new motion plan to help the robot overcome the encountered uncertainties. Experiments involving block pick-and-place tasks are carried out to verify system performance using an industrial robotic arm in a research laboratory setting that mimics a construction site. In addition, a drywall installation case study is conducted to validate the system. Integrating the flexibility of human workers and the autonomy and accuracy afforded by BIMs, the proposed framework offers significant promise of increasing the robustness of construction robots in the performance of field construction work.


翻译:辅助建筑机器人的引入能够显著减轻建筑工人的体力负担。利用建筑信息模型(BIM)为驱动建筑机器人工作流程提供了一种自然且前景广阔的方法。然而,由于施工现场固有的不确定性(例如设计构件与建成构件之间的差异),机器人无法仅依赖BIM来规划和执行现场施工作业。人类工人凭借其创造力和经验擅长即兴制定替代方案,因此能够协助机器人克服不确定性并成功完成施工作业。在此类场景中,随着工作过程的推进持续更新BIM至关重要,以确保其包含后续施工及维护任务所需的竣工信息。本研究引入了一种交互式闭环数字孪生框架,将BIM集成到人机协作的施工工作流程中。机器人的功能主要由BIM驱动,但会根据实际现场条件自适应调整其计划,同时人类协作者负责监督整个流程。必要时,人类协作者可通过改变任务顺序、调整工作空间几何形状或请求新的运动规划来干预机器人的计划,以帮助其克服所遇到的不确定性。通过在研究实验室环境中模拟施工现场,利用工业机械臂执行块体拾放任务实验以验证系统性能;此外,通过隔墙安装案例研究对系统进行验证。该框架融合了人类工人的灵活性与BIM提供的自主性和精确性,为提升建筑机器人在现场施工作业中的稳健性提供了显著潜力。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
19+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
11+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员