庫卡機(jī)器人成為建筑小能手

在德國斯圖加特大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目中，兩臺庫卡機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)高效地粘接和銑削木板，該項(xiàng)目證明了工業(yè)機(jī)器人可應(yīng)用于建材行業(yè)，特別是對于設(shè)計(jì)獨(dú)特、各部件高度差異化的木結(jié)構(gòu)建筑，應(yīng)用機(jī)器人的優(yōu)勢尤為突出。但此前，建材行業(yè)很少依賴于自動(dòng)化過程。

德國聯(lián)邦園藝博覽會(huì)的木制展館（位于海爾布隆）

德國斯圖加特大學(xué)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與建筑學(xué)院（以下簡稱 ICD）成立于 2008 年，一直致力于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和建筑工藝的開發(fā)，在木結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用機(jī)器人制造是該學(xué)院的研究重點(diǎn)之一。ICD 曾為 2019 年舉辦的德國聯(lián)邦園藝博覽會(huì)開發(fā)了一座采用輕質(zhì)木結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型展館，其建造只能在機(jī)器人的幫助下實(shí)現(xiàn)。出于可靠性考慮，設(shè)備制造商 BEC GmbH 選擇采用庫卡機(jī)器人：工程中使用了一臺雙軸定位器和兩臺庫卡機(jī)器人，設(shè)備最終成功實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)高效地粘接和銑削木板。

細(xì)致且高效：機(jī)器人粘接木板

結(jié)構(gòu)靈感源自大自然：由機(jī)器人完成木板粘接

“仿生研究領(lǐng)域是我們的工作重點(diǎn)之一”，ICD 負(fù)責(zé)人 Achim Menges 教授解釋道。園藝博覽會(huì)的這座展館模仿了海膽的外殼，海膽外殼由單獨(dú)生長的骨板構(gòu)成。因此，組成木制展館的 376 塊元件都是特殊的單件。這些元件包括由層壓板構(gòu)成的木板和木梁，由機(jī)器人粘合在一起。內(nèi)部的五角、六角或七角鑲板 16 厘米厚，是空心的。建成后的展館橫跨 30 米，其內(nèi)部沒有任何支撐物。“這種輕量化結(jié)構(gòu)至今在全球范圍內(nèi)都是屈指可數(shù)的。如果沒有采用機(jī)器人制造技術(shù)，制造如此高度差異化的部件是一件很難完成的任務(wù)?！?ICD 的研究助理和博士生 Hans Jakob Wagner 說道。

單獨(dú)制造：木制展館由376塊單件拼接而成

機(jī)器人制造工作由兩臺庫卡機(jī)器人承擔(dān)，376 塊木制單件的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，庫卡機(jī)器人對木鑲板進(jìn)行精準(zhǔn)的角部輪廓銑削和榫卯連接，完成后的木鑲板均由機(jī)器人放入倉庫中。

機(jī)器人粘接木板，銑削木梁并用釘子固定

精度和效率：機(jī)器人制造在建筑行業(yè)中的優(yōu)勢

“機(jī)器人能夠精準(zhǔn)高效地粘合木板，這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)檎澈蟿﹥H在有限的時(shí)間內(nèi)是液體?！?BEC GmbH 總經(jīng)理 Matthias Buck 解釋道。此外，在作業(yè)中還必須遵守?cái)?shù)量和均勻性等特殊條件，同時(shí)考慮到單個(gè)元件的重量（鑲板的重量高達(dá) 200 公斤），機(jī)器人可以輕松完成工作。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在銑削作業(yè)中，機(jī)器人制造的尺寸公差小于 0.3 毫米。就庫卡機(jī)器人的適應(yīng)性，也獲得了Matthias Buck 的高度贊揚(yáng)：“我們甚至可以在制造過程中改變各個(gè)元件的設(shè)計(jì)圖?！?這為建筑業(yè)和木材建筑領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新的可能性，盡管構(gòu)件數(shù)量不斷增加，機(jī)器人系統(tǒng)仍能提供合理的解決方案。

“構(gòu)件的制造不但工藝復(fù)雜，而且成本也很高。如果沒有基于機(jī)器人的解決方案，項(xiàng)目難以實(shí)現(xiàn)?！?計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與建筑學(xué)院（ICD）的研究助理和博士生 Hans Jakob Wagner 說道。