引言
模块化建筑由于简化了施工现场的工作，能够减少材料浪费、劳动力需求并提升生产效率，在行业中受到的关注与日俱增
然而，目前的模块在吊运及安装过程中危险且劳动密集，组装过程主要依靠人手调节，因此存在模块的精确位置定位和姿态控制的挑战
为提高这一过程精度及效率，本文提出了一种混合姿态调整（HyPA）吊装机器人（图1）。该系统在能够无需施工人员现场手动操作或吊车操作的情况下，实现模块的自动吊装位置和姿态调整
图1
解决方案
图2展示了HyPA机器人的核心功能，即模块的位置控制和调平姿态控制。总体而言，受限于系统的欠约束特性，HyPA机器人通过调整系统的静态平衡（横向位置控制、高度控制、水平控制和方向控制），以及稳定系统至平衡状态（振荡阻尼），来实现模块位置姿态控制
图2
1
横向位置控制
HyPA机器人通过XY滑台调整模块与吊装平台之间的相对位置，实现模块横向位置（垂直于重力方向）的控制
XY滑台可以改变模块与吊装物（主要由模块和吊装平台组成）整体质心（CoM）的相对位置。在系统稳定时，整体重心保持在吊钩正下方，吊钩位置保持不变，因此可以通过改变吊装平台相对于总质心的位置而调整模块的横向位置
2
水平和高度控制
HyPA机器人通过控制吊装缆绳长度，可以实现主动调平控制和模块高度控制
更具体地说，通过选择性地伸长或缩短起重缆绳，起重机吊钩和吊装物的整体质心之间的相对位置会发生变化。这两个点的连线在稳定状态下总是延重力方向，因此这种动作可以调整模块的水平姿态
类似地，通过同时减小或增大吊装缆绳的长度，可以调整起重机吊钩和整体质心之间的垂直距离，从而有效地增加或减少模块高度
3
转向/方向控制
HyPA机器人在转向控制箱内集成了一个电机，可沿接近重力方向的轴旋转吊装物体
4
振荡阻尼
由于HyPA机器人是欠约束的，也就是仅通过两根或更多塔吊缆绳悬挂，其姿态调整依赖于系统的稳定性。虽然自然阻尼有助于稳定，但为了加速稳定过程，吊装平台上安装了多个推进器以提供阻尼力
结果
本研究通过仿真和硬件实验分别测试了HyPA机器人的功能
在仿真中，基于接近实际应用的模型（20 吨模块）考虑了全刚体动力学。仿真结果显示，HyPA机器人 能够调整模块的位置（横向 10 厘米，高度超过 1 米）和朝向（60 度），同时保持较小的调平误差（小于 0.15 度）
实验室样机测试了横向位置控制和水平姿态控制，证明了所提出的设计的有效性
HyPA机器人的创新应用使得模块化建筑的现场组装将更加高效、安全，有望为行业带来新的变革。详情可见论文：Song, C., Li, X., Du, Q., Jiang, R., and Shen, Q. (2024). Hybrid pose adjustment (HyPA) robot design for prefabricated module control in modular construction assembly. Automation in Construction, 168, 105798.
https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105798
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编辑 | 宋 晨
排版 | 董 晴
审核 | 李 骁
