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机器人与人类合作革新建筑,梦想着即使使用复杂的表格也可以使用机器人来简化构造
2020年11月25日    阅读量:734     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

普林斯顿大学的两名研究人员,即建筑师Stefana Parascho和工程师Sigrid Adriaenssens,梦想着即使使用复杂的表格也可以使用机器人来简化构造。


机器人与人类合作革新建筑,梦想着即使使用复杂的表格也可以使用机器人来简化构造 中国机械网,okmao.com


土木与环境工程学副教授兼Form Forming Lab负责人Adriaenssens说:“我们希望使用机器人来更可持续地建造美丽的建筑。”


因此,教授们与建筑和工程公司Skidmore,Owings和Merrill(SOM)合作,为去年3月在伦敦举行的SOM展览“结构解剖”创作了引人注目的独特装置中国机械网okmao.com。他们使用英国的全球机器人公司(Global Robots)提供的两个工业机器人来建造一个令人惊叹的穹顶,它由Poesia Glass Studio的338块透明玻璃砖建造而成,高7英尺,宽12英尺,长21英尺。


至关重要的是,LightVault减少了资源使用两种方式:消除了在施工过程中对模板或脚手架的需要,以及通过使它的双重弯曲提高了??保管库的结构效率,从而减少了所需的材料量。这仅是由于机器人的实力和精度而成为可能。


普林斯顿大学建筑学助理教授帕拉索(Paroscho)说:“我试图找出机器人能做什么,而人类做不到。”他提出了金库机器人组装背后的想法。Parascho是普林斯顿大学CREATE实验室的负责人,CREATE在该实验室代表支持建筑技术的计算和机器人技术。


她说:“我的工作不是试图通过自动化来代替人工,而是通过使用机器人来完成人类相当不擅长的任务来增加建筑的可能性。” “例如,拿着3公斤[7磅]的砖块保持7分钟(不移动,使胶水干燥)对人类来说是非常困难的。”


SOM的副主任兼高级结构工程师Alessandro Beghini说:“机器人构造为机器人补充人类的工作提供了许多设计和建造机会。” “机器人可以在人们工作危险或难以接近人的地方利用。”


与人类不同,机器人天生就善于在太空中执行精确的运动,而人类则需要向导或支撑结构来构造复杂的几何形状。这就是促使研究人员探索撞击和意外形状的潜力的原因。爱德华·布鲁恩(Edvard Bruun),博士学位 土木和环境工程专业的学生,??负责该项目的实施。


Stefana Parascho教授(右)和研究生Isla Xi Han站在2020年1月在普林斯顿大学建筑学院的嵌入式计算实验室建造的LightVault的混凝土和玻璃砖原型下。这是LightVault的八个原型之一,其设计和施工由Parascho率先。


最终的LightVault建立在伦敦的Ambika P3画廊,由工业机器人100%建造,不需要脚手架或建筑形式,这是一项革命性的进步,可以使建筑和建筑更加可持续。


他指出,尽管人类建造者需要仔细检查方块的放置位置,但要“通过利用机器人在3-D空间中的固有精度,我们可以花更多的时间专注于使设计像可能,而不会陷入与这种结构通常相关的物理构造难题。”

 

团队设计了一个流程,其中两个机器人在没有任何脚手架或其他支撑的情况下一起组装金库的中央拱门。每个机器人将放置一个砖块,然后握住结构,而另一个机器人则放置下一个砖块。


布鲁恩说:“美容和材料或结构效率不是相互排斥的。” “建筑是耗费大量能源和材料的。未来的全球福祉取决于能否建造坚固的建筑物,并使用多少建筑物的材料。建筑物在开发更好的利用方式时,机器人有潜力帮助我们实现这一目标。他们从事建筑工作。”


西汉岛,博士 Parascho实验室的一名学生负责开发和实施机器人制造过程。


她说:“为了形容LightVault,我倾向于做迷你舞。” “传统的拱形建造方法是两只手从相反的两端伸出并在顶部中间相遇。同时,两个机械臂组成的拱形则是从左向右滚动的滚动手。”


机器人一起完成中央拱门的建造后,他们转而独立工作,每个都在金库的一侧建造。为了确保未完成结构的稳定性,将砖块放置为使得每个新放置的砖块都可以支撑下一个砖块。


执行


尽管从一开始就明确了团队的意图,但实施起来并不那么简单。


普林斯顿大学的Stefana Parascho教授和Sigrid Adriaenssens教授与Skidmore,Owings和Merrill(SOM)合作设计了LightVault,该LightVault由来自英国的全球机器人公司的两个工业机器人制造。最终结构高7英尺,宽12英尺,长21英尺,由Poesia Glass Studio的338块透明砖建造而成。使用机器人消除了对脚手架和形式的需求,这可能会改变可持续建筑。


为了及时为伦敦展示建立库,团队使用物理原型测试了每个决策,从小型概念验证的原型到完整的模型。总共建造了八种结构,其中一些在普林斯顿建筑学院的嵌入式计算实验室中,有些在全球机器人公司中,有些在伦敦的展览空间中。


挑战包括找到一种连接系统,该系统可以在组装后安全地将玻璃砖固定在适当的位置,确定正确的施工顺序以确保金库的结构完整性,并控制机械臂的意外移动,以防止它们相互碰撞或结构的完整部分。


汉说:“我学会了尊重机器人的'个性',而不仅仅是告诉贫穷的机器人做事。” “在一个点上,机器人的胳膊肘被不断冲击现有的结构的一部分。我们最终采取的旨在设计,同样的一个步骤的一步向前人-机器人协作,以结构按摩到不对称的形状,以帮助机器人在整个施工过程中更舒适地移动。双方都很高兴-这是双赢的局面。”


即使进行了如此多的测试并努力预测出可能出错的地方,该团队仍然感到惊讶。SOM的高级结构工程师Samantha Walker说:“我们为伦敦安装的空气压缩机不够坚固。” “我们最终在最后一刻采购了另一种功能更强大的产品。您可以花大量时间专注于解决复杂的问题,最后,看似显而易见的问题可能会导致最大的问题。”


帕拉索说,又一次,在成功使用轻质材料制成原型之后,进行了两次使用玻璃砖的试验,“以整个实验室中的碎玻璃结尾”。仔细的分析显示,机器人自身在拱的重量下变形了几英寸。她说:“这使我们重新考虑了整个施工过程,以限制机器人必须承受的最大重量。”


但是最大的挑战是COVID-19提出的。由于一半的团队在伦敦,另一半则呆在家里,因此施工需要加快速度,并在最初计划的一半时间内完成。这意味着需要快速调整设计以减少砖的数量,并提出可以快速高效建造的进度表。帕拉索说:“最后,成功完成金库的决定是每个人安全返回家园的解脱。”


流行病极大地影响了该项目-取消了可容纳600多名客人的开幕活动,整个团队从未亲自见过-“这种经验为我们带来了新的意想不到的机会,”帕拉索说。“我们领域的挑战是巨大的,从如何安全地在机器人实验室中工作到如何远程运行研究以及找到与研究人员和其他学者建立联系的方式。


但是,当前的状态也将我们的关注点转移到了网上,这使得我们可以并鼓励来自世界各地的研究人员更快,更轻松地建立联系。”


布鲁恩说,那里有一线希望。“我们证明了在社交距离遥不可及的情况下,机器人是可行的工具。” CREATE实验室目前正在建立一个远程设置,以使学生和研究人员可以在家中控制机器人,并继续通过大流行进行研究。


帕拉索说:“很明显,当今世界上相关的??机器人有多重要,以及它们如何在未来的危机中提供帮助。”


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