自主装修机器人关键技术

The lack of skilled workers in the building and decoration industry seriously impacts its development. Introduction of robot technologies into building decoration industry can not only greatly simplify the labor intensity of workers, but also alleviate the problem of labor shortage, and more importantly, it can ensure the stability of construction quality. Autonomous decoration robots may locate, navigate and perceive environment autonomously in dynamic decoration scene, which help to plan and control tasks in unknown environment. We research on active memory model, integrating the memory and learning mechanism into dynamic environment perception and autonomous mission planning, and mainly carried out the following research: (i)the design and implementation of autonomous decoration robots;(ii)the simultaneous localization and semantic mapping of autonomous decoration robots;(iii)the decoration and construction environment perception model;(iv) the task planning and control strategy of autonomous decoration robots. On the basis of the above research, we build up autonomous decoration robot system, and verify the system in the actual decoration construction environment.

建筑装修行业中熟练技术工人缺乏严重影响了我国建筑装饰行业发展。将智能机器人技术引入建筑装修行业不仅可以大大简化工人的劳动强度，进而缓解用工荒的问题，更重要的是这样做可以保证施工质量的稳定性。自主装修机器人关键问题在于在动态的装修场景中自主定位导航和感知环境以及如何其在未知环境下的任务规划和控制决策。本课题针对装修机器人动态环境感知和自主任务规划瓶颈问题，通过研究主动记忆模型，将记忆、学习机制引入到该问题中，主要开展了如下研究：(1)自主装修机器人的平台设计和实现；（2）自主装修机器人的定位与语义建图；（3）面向自主装修施工环境的环境感知；（4）自主装修施工机器人的任务规划策略与控制。在上述研究基础上，最终搭建自主装修机器人系统，并将该系统在实际装修施工环境中进行应用验证。

建筑装修行业中熟练技术工人缺乏严重影响了我国建筑装饰行业发展。将智能机器人技术引入建筑装修行业不仅可以大大简化工人的劳动强度，进而缓解用工荒的问题，更重要的是这样做可以保证施工质量的稳定性。自主装修机器人关键问题在于在动态的装修场景中自主定位导航和感知环境以及如何其在未知环境下的任务规划和控制决策。针对自主装修机器人面临的以上关键问题，本项目开展了自主装修机器人的通用平台设计、自主装修机器人的定位与语义建图、面向自主装修施工的环境感知、自主装修机器人的任务规划策略与控制等方面研究，设计搭建了轻型通用移动自主装修机器人平台，利用多传感器融合、深度学习、元学习、迁移学习、强化学习、非线性优化、多目标优化、视觉伺服、反馈控制等方法论，提出了基于多传感器融合的机器人图纸定位、基于移动机械臂的房屋缺陷语义地图构建、基于墙面缺陷分类的语义地图构建、面向室内装修场景的三维点云语义分割、面向室内装修场景的墙面缺陷检测、基于深度强化学习的自主装修机器人自主路径规划、基于深度强化学习的自主装修机器人视觉导航、针对装修环境测量的扫描规划、基于视觉反馈的施工操作规划控制、基于激光基准的执行器定位、宏微机械臂的宏微结构设计等11项技术，通过自主施工中工艺复杂的自动批灰任务验证了项目所提技术的可行性与有效性。本项目所提出的自主装修机器人理论和技术有效提升装修机器人在室内装修施工下的通用性、智能性、自主性，实现装修机器人向通用化、智能化、自主化转化，为实现“机器人+”在建筑装修行业的应用行动实施提供了理论方法基础和技术支撑。