这台砌砖机器人是如何改变未来建筑的?

这台砌砖机器人是如何改变未来建筑的?-BIMBANK
▲Hadrian X和FBR团队在室外建造

砖是最古老的建筑材料之一,可以追溯到公元前7000年的太阳硬化品种和公元前3500年的第一块窑烧砖。它也是最通用的,用于现代“抽象的烛台”形状和令人惊叹的拱门。甚至铺砖、铺砂浆、定位砖、用泥铲抹平多余的砂浆的方法也保持了几千年的不变。

现在,一家公司的目标是通过技术来增强这一千年历史的传统。澳大利亚建筑技术公司FBR(前身为Fastbrick Robotics)开发了一种砌砖机器人Hadrian X(Hadrian X),它可以在不需要任何人工干预的情况下完成工作。

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▲Hadrian X无需人工干预即可工作

这项技术可以带来广泛的好处,包括解决世界各地的住房短缺问题。FBR首席创新官史蒂夫•皮耶兹(Steve Pierz)表示:“没有足够的人能够足够快地建造房屋。我们需要通过大规模建设实现过程自动化,这是实现过程自动化的方法之一。”皮耶兹还看到了自然灾害发生后重建的机会。他说:“我设想这些机器人的舰队在灾区快速搭建房屋结构。”

Hadrian X的精确性也可以提高效率,从而使房屋建造速度更快,成本更低。Hadrian X公司倡导一种精益施工方法,即提高生产率和减少浪费。FBR建筑技术主管西蒙·阿莫斯(Simon Amos)说:“我们从单一的数据源中,我们可以知道铺设模式下所需的砌块数量和粘合剂数量。所以你会提前得到充分的通知,如果有的话,会有什么浪费。”

Hadrian X看起来像一个典型的车载起重机,但它是由复杂的部件组装而成的:控制系统、传送系统和动态稳定系统。把这些系统结合在一起,将赋予 Hadrian X生命。一旦模块被加载到机器上,它就可以识别每个模块并决定它的去向。当需要时,机器还可以将砖块切割成四分之一、二分之一或四分之三,并将其存放起来以备日后使用。然后,这些模块被送入动臂运输系统并输送至一个装卸头,该装卸头根据逻辑和编程布置到机器的模块中。

皮耶兹说:“外行就是魔法发生的地方。因此,即使风和振动晃动了整个吊杆,它也会抓住这个砖块,每秒处理数百次,使砖块保持在准确的位置。”

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▲Hadrian X铺砖特写镜头

Hadrian X机器人用了十多年才被制造出来。动态稳定机器人的最初构想是在1994年提出的,但直到2005年,FBR的创始人兼首席技术官MarkPivac才创造了第一个原型。2008年全球金融危机爆发时,Hadrian X的前任哈德良105的产量停滞不前。2014年,在经济强劲、建筑业繁荣以及砖匠和泥瓦匠劳动力短缺的情况下,该项目得以恢复。到2016年,开发开始于下一个迭代,Hadrian X。

机器人的控制系统就是它背后的“大脑”。使用笛卡尔坐标和参数化设计,FBR的专有软件将CAD中建模的墙结构转换为砖元数据,每个砖及其对应的坐标都是已知的。然后,软件使用元数据将砖块填充到特定的嵌套模式中,并在算法的帮助下,确定如何根据模式和其他参数布局砖块(如机器人铺设头的大小以及它如何抓取砖块)。

对于Hadrian X的墙系统,FBR设计了自己的块体和块体几何结构。阿莫斯说:“一块砖的概念是建立在人类处理一块砖并以一定的速度铺砖的基础上的。我们改变了这一点,以适应机器人。”Hadrian X的块体经过优化,以确保壁厚是一致的。它们比标准砖大12倍,以最大化铺设速度;Hadrian X能够每45到55秒铺一块砖。FBR使用了一种特殊的粘合剂,这种粘合剂粘合速度更快,比传统砂浆更牢固。

对于机器的实际操作力学,Pivac利用他在航空、机械工程、机器人和数学方面的背景,开发了一种获得专利的动态稳定技术(DST)。DST能够在三维空间中大距离精确定位块,抵消风、振动和其他环境因素的影响,使砖块可以保持在精确位置。这种稳定性使得Hadrian X可以安装在其他基座上,包括驳船、船只、起重机和轨道,并用于其他地点的砌砖。

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▲FBR员工Cosimo Santella执行动态稳定性测试

阿莫斯说:“我们面临的挑战是,要确保所有这些系统都能很好地协调在一起,机器人内部的所有模块之间都有很强的编排,而且我们能够清楚地管理一个肮脏、危险的建筑工地所有周围环境问题。”

为了克服这些挑战,我们对Hadrian X的组成部分进行了严格的测试,每个测试阶段都会带来经验和改进。Hadrian X的里程碑式建筑于2018年11月在室内完成,在三天内完成了180平方米的住宅。接下来将在2019年2月澳大利亚炎热的夏季的高峰期进行户外测试。

阿莫斯说:“当我们把我们的机器人带到高温环境中时,我们做了一个户外构建来收集数据并试图了解环境影响。很多事情都是为了真正挑战机器人,把它放在一个相当有侵略性的,敌对的风和温度曲线上,考察它的表现。”

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▲Mike Pivac(左)和Mark Pivac检查设备

FBR已经在为Hadrian X的全球发展做准备,该公司与墨西哥最大的建筑公司之一格鲁波GP的住房部门GP Vivienda签署了一项协议,以探索该国的试点项目。该公司还与沙特阿拉伯王国签署了一份谅解备忘录,讨论建造50000栋新住宅的项目。另一个合作伙伴是奥地利的瓦块制造商维纳伯格,为 Hadrian X创造优化的瓦块,并计划在欧洲进行试点项目。

在澳大利亚,FBR与建筑产品的主要供应商Brickworks合作,在全国范围内提供“墙即服务”。作为一项服务,砖厂将通过墙壁为FBR的砌砖机器人提供特殊的混凝土砌块来建造墙壁,重点是住宅项目。

皮耶兹认为 Hadrian X有潜力改变建筑业。他说:“只有当你从一个完全不同的角度看待你的行业时,才会出现混乱。”“你必须愿意尝试新技术,否则你会被甩在后面。”

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