Additive robotic construction of building-scale discrete bar structures, such as trusses and space frames, is increasingly attractive due to the potential improvements in efficiency, safety, and design possibilities. However, programming complex robots, such as manipulators with seven degrees of freedom, to successfully complete construction tasks can be tedious, challenging, or impossible for a human to do manually. Namely, the structure must be constructed in a sequence that preserves structural properties, such as stiffness, at each step. At the same time, this sequence must allow for the robot to precisely manipulate elements within the in-progress structure while respecting geometric constraints that, for example, ensure the robot does not collide with what it has built. In this work, we present an automated and newly generalized planning approach for jointly finding a construction sequence and robot motion plan for additive construction that satisfies these requirements. Our approach can be applied in a variety of additive construction processes, and we demonstrate it specifically on spatial extrusion and discrete bar assembly in this paper. We demonstrate the effectiveness of our approach on several simulated and real-world extrusion and assembly tasks, including a human-scale physical prototype, for which our algorithm is deployed for the first time to plan the assembly of a complicated double tangent bar system design.


翻译:由于效率、安全和设计可能性的潜在改进,建筑离散的条形结构,如图鲁塞和空间框架等的建筑离散的机器人结构的添加机器人建设由于效率、安全和设计可能性的潜在改进而越来越具有吸引力。然而,编程复杂机器人,例如拥有7度自由的操纵器等,为成功完成建筑任务而编程,对于人类来说,可能是乏味的、具有挑战性的或不可能手动完成的。也就是说,建筑结构的顺序必须保留结构特性,例如每个步骤的僵硬度。与此同时,这一顺序必须允许机器人精确地操纵在推进结构中的元素,同时尊重几何限制,例如确保机器人不会与它所建的相撞。在这项工作中,我们提出了一个自动和新的通用规划方法,以共同寻找符合这些要求的建筑添加工序和机器人运动计划。我们的方法可以应用于各种添加的建筑过程,我们具体在本文中展示了空间外壳和离散的条形组装。我们展示了我们在若干模拟和现实世界的封闭和组装任务上的方法的有效性,例如,确保机器人不会与它已经与它所建的建筑的东西相相相碰撞。在这项工作中,包括一个人类的复杂物理原型结构设计系统上安装了我们的第一个设计系统。

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