机器人建造的展厅展现建筑才华和前卫设计

曾经被认为是笨拙工具的机器人,在建造德国实验性建筑中展现出精湛技艺

斯图加特大学的研究人员创造了据一些人所说是首个主要由机器人设计和建造的永久性建筑。

该团队采用了一个机械臂和定制软件来建造这个250平方米的测地线结构——一个由自支撑面板组成的弯曲外壳——速度更快,精度更高,这是单靠人手无法完成的。而且他们这样做时,最大限度地减少了该项目的环境影响。

最终成果是一座名为Landesgartenschau或LaGa展览馆的蜿蜒建筑,位于德国施韦比施格明德。该展厅由243块几何形状独特的50毫米厚山毛榉胶合板制成,这些胶合板由机器人设计和切割。然后,人们像拼图一样组装这些板材,将7356个指状接头拼接在一起,使最终结构无需支撑即可站立。“如果你没有我们组装的设计、工程和制造技术,你根本无法建造出这样的东西,”LaGa团队负责人阿希姆·门格斯说。“从比例上看,木材外壳比鸡蛋壳薄得多,”门格斯指出。鸡蛋壳的厚度与跨度比为1比100,而LaGa的比率超过1比200。


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该项目标志着建造者首次在永久性建筑上如此广泛地使用机器人技术,而机器人技术曾被认为过于僵化,不适用于打破传统的建筑,机器人建筑协会的联合创始人约翰内斯·鲍曼说。事实上,自动化是LaGa引人注目的设计以及结构组装的速度和效率的促成因素。

团队成员托比亚斯·施温解释说,该项目的目标是创建一个精确、轻巧的结构,如果没有机器人技术就无法建造,并证明机器人技术可以塑造出超越人类能力的结构。

该团队编写了软件,该软件生成了展厅的几何形状,并在检测到会使建造不可能的元素或过程时发出实时警报。斯图加特的工具在Grasshopper中工作,Grasshopper是一个图形算法编辑器,它又在名为Rhinoceros的三维建模应用程序中工作。“我们扩展了它(定制软件)以生成我们所有的计算机辅助制造数据,生成机器人运动的模拟,并在下游生成机器人的控制代码,”施温说。一个增加项目复杂性的核心原则是,任何三块板材都需要在一个点上相遇,形成一个Y形连接点,他补充道。任何偏离这一要求的行为都会产生铰链关节。由于外壳没有支撑,铰链会折叠,从而导致外壳倒塌。根据施温的说法,材料不正确测量的公差为“亚毫米级”,而传统测地线圆顶的公差为厘米级。

LaGa展厅的实际工作于2014年1月在施工现场之外开始。一台洪格尔计算机辅助制造面板切割机粗切了每块山毛榉板。其他计算机辅助制造工具切割了绝缘材料、防水材料和覆层。

然后,一个七轴库卡机器人系统被交付给该项目的木材制造商和建造商Müllerblaustein,用于对板材进行倒角和最终切割。门格斯说,将硬件临时移动到一个并非为机器人设计的场地是不寻常的,因为这些机器通常需要干净、结构化的环境。* 在这种情况下,它们的主要用途是表明这是可以做到的,并减少车辆的使用,从而减少LaGa的碳足迹。木材来自比永久放置机器人更靠近现场的木材作业场所。

在临时脚手架上人工组装外壳,并通过每个指状接头拧入螺钉,耗时三周。虽然LaGa展厅现在已经开放,但将在5月中旬密歇根大学举行的Rob|Arch机器人建筑大会期间正式向公众介绍。

一些建筑学者和从业者认为LaGa展厅是一项重大进步,使设计师能够更好地控制项目并缩短设计周期。另一些人,如慕尼黑工业大学建筑学教授托马斯·博克则不同意。他指出,建筑材料的机器人预制并非史无前例。瑞士机器人制造商ABB有限公司,例如,制造金属板等建筑构件。

博克说,实际的机器人建造应该是目标,他补充说,“这就像我们有一辆没有马的马车,但我们有一个涡轮增压发动机。” 他总结说,设计技术能做到的和技术可能做到的之间存在不匹配。

*澄清(2014年5月15日):此句和前一句在发布后经过编辑,以更好地解释库卡机器人系统的设置过程。

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