機器人依靠計算機控制和電氣自動化技術(shù)實現(xiàn)的智能生產(chǎn)模式，正在迅猛地影響著人類社會的生產(chǎn)生活。就在前不久，國內(nèi)頂尖的建筑設(shè)計院?！瑵髮W(xué)建筑與城規(guī)學(xué)院上演了精彩的機器人輔助建筑展覽，上海欣志機器人系統(tǒng)有限公司作為主辦方的設(shè)備與技術(shù)支持伙伴，攜KUKA機器人應(yīng)邀參與協(xié)助主辦方成功實現(xiàn)了機器人建筑設(shè)計師的構(gòu)想。

近期，“數(shù)字未來”DigitalFUTURE Shanghai2014展覽成功舉辦。該展覽展示了上?！皵?shù)字未來”設(shè)計工作營系列學(xué)術(shù)活動的最終成果：拓展了機器人在國內(nèi)建筑設(shè)計中的應(yīng)用先例，嘗試了應(yīng)用機器人輔助建筑設(shè)計的可能性。

本展覽圍繞 “基于結(jié)構(gòu)性能的機器人建造”（Robotic Fabrication Based on Structural Performance）為主題，主要關(guān)注機器人磚構(gòu)、機器人木構(gòu)、機器人仿生結(jié)構(gòu)打印、機器人金屬加工、機器人氣模和3D混凝土非線性建筑打印等議題。

機器人建造師團隊、展覽開幕式合影

機器人磚構(gòu)——“機器人砌磚”

基于單元磚體均勻分布的材料特性改變磚體之間的連接方式及空間發(fā)展方向，突破了長久以來其由本身的形態(tài)剛性及結(jié)構(gòu)受壓特性所產(chǎn)生的空間結(jié)構(gòu)極限。

本項目通過磚體的形式文法生形以及墻體的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化，并通過遺傳算法對產(chǎn)生結(jié)果進行優(yōu)化篩選，使得磚這種古老材料在其本元意象的和傳統(tǒng)做法中尋找結(jié)構(gòu)性能上的更多可能性。

本案采用1臺6關(guān)節(jié)的KUKA機器人KR6 R700小型工業(yè)機器人作為磚構(gòu)實現(xiàn)機構(gòu)，機器人安裝于帶定位機構(gòu)的移動砌磚工作臺，可分步實現(xiàn)區(qū)塊內(nèi)的磚構(gòu)墻面搭建，并最終拼接形成一段穩(wěn)定連續(xù)而有具有強烈視覺沖擊力的磚墻序列。

野心勃勃的機器人在完成前面磚構(gòu)后，又在協(xié)助調(diào)酒師進行一場慶功宴中的調(diào)酒準(zhǔn)備。（Think-Automation 出品）

機器人金屬加工——

板材為人們所見的輕與薄并非如我們想象的那樣普通。在薄于一毫米的材料內(nèi)的受力根據(jù)施力點的不同有著截然不同的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。

本項目用數(shù)字技術(shù)進行針對板材的拓撲計算和優(yōu)化通過機器自動化轉(zhuǎn)化為集美學(xué)和結(jié)構(gòu)性能于一體的日常物品：桌子。一張完全不具備承重性能的薄鋁板在經(jīng)過機器敲擊后達到了其在給定條件下的較佳結(jié)構(gòu)性能。精準(zhǔn)的機器加工賦予了我們設(shè)計師從數(shù)字模擬到實際施工的較完美的轉(zhuǎn)換。所謂基于結(jié)構(gòu)性能的機器建造。

本案采用1臺KUKA機器人KR90，加裝機械壓花模塊后，通過設(shè)計師編制的空間運行軌跡，在立體的金屬板表面進行構(gòu)造加工。

機器人木構(gòu)——

在長達數(shù)千年的中國傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的發(fā)展歷程中，大量的實踐積累和總結(jié)產(chǎn)生了各式各樣的構(gòu)件，做法和尺度，從而形成了一套基于經(jīng)驗的龐大木構(gòu)系統(tǒng)。

本項目抽取了傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中“檐椽”這一元素，希望通過新的結(jié)構(gòu)性能模擬優(yōu)化和機器人加工手段對這一傳統(tǒng)元素的結(jié)構(gòu)性能進行優(yōu)化與重新演繹。《營造法式》中對檐椽的出挑比例有明確的規(guī)定，我們通過結(jié)構(gòu)計算與優(yōu)化軟件對這一出挑比例進行了驗算與優(yōu)化，結(jié)合由三根桿件形成的基本的三角形自支撐單元，設(shè)計了一套新的結(jié)構(gòu)體系。

整個結(jié)構(gòu)裝置由七個單元組成，雖然這七個單元遵循同一種邏輯，但桿件的長度，傾斜角度和搭接位置各不相同，而機器人的精確加工能力能夠很好的解決這些問題，使得本裝置的結(jié)構(gòu)意圖得到完美呈現(xiàn)。

本案中機器人間接地參與了木拱結(jié)構(gòu)的搭建，機器人加裝銑削工具后可對木條進行邊角處理、榫頭加工等作業(yè)，并在最終成型時協(xié)助設(shè)計師完成木拱的拼裝搭建作業(yè)。

中國傳統(tǒng)的木構(gòu)與數(shù)字化建造技術(shù)結(jié)合會有什么驚人的創(chuàng)作呢？在三周時間中，通過數(shù)字化軟件以及機器人加工技術(shù)，將拱形、互承結(jié)構(gòu)和人工建造相結(jié)合，完整地表達了從設(shè)計概念到實際施工全過程。首先在研究傳統(tǒng)木構(gòu)之后，確定了基本的結(jié)構(gòu)單元的形式。拱體的曲面通過受力分析軟件犀牛（Rhino Vault）生成，而互承結(jié)構(gòu)單元作為結(jié)構(gòu)的整體附在拱形之上，使結(jié)構(gòu)受力能僅僅通過自身的受力關(guān)系實現(xiàn)支撐。運用千足蟲（millipede）對桿件受力進行了優(yōu)化，分析了多種情況下的受力關(guān)系。并最終將其歸為三類尺寸。

本案使用了五軸機床對材料進行了加工。確保了每一根桿件的精確度，避免了加工誤差累計對后期搭建的影響。節(jié)點的連接方式是沿著桿件方向用螺釘連接?；コ薪Y(jié)構(gòu)創(chuàng)造兩套網(wǎng)格體系，豐富了空間感受。

機器人加裝高速電主軸及銑削工具后，可組成1臺高柔性大范圍作業(yè)的多軸立體雕刻機，能進行大型木像雕刻、模型制造的那個，詳見欣志機器人——機器人雕刻（http://www.x47f2nc.cn/showpro.asp?id=60）欄目。

機器人復(fù)合材料3D打印——

在本次同濟建造營中，重點探索和測試了一種基于材料本身的自主建構(gòu)方式。美國RPI以及來自密西根大學(xué)的Matias del Campo教授和Sandra Manninger教授一直在探索一種“無定型的建構(gòu)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)基于材料適應(yīng)性的新型建筑設(shè)計理念，充分發(fā)揮不同材料特性而誕生出理想的構(gòu)建方式。

諸如混凝土澆筑、真空成型和滾塑成型等建構(gòu)系統(tǒng)依賴的均是一種自上而下的建構(gòu)方式，在這一過程中，建構(gòu)方式只是最終實現(xiàn)預(yù)想形態(tài)的一種工具；而自主建構(gòu)依賴的卻是一種自下而上的建構(gòu)方式，多種作用因子會影響建構(gòu)的過程，從而給結(jié)果帶來諸多意外的屬性和驚喜。在建造過程中，我們使用了一種基于機器人的反饋系統(tǒng)。

機器人能夠迅速結(jié)合塑料材料在豎直方向上的力生型并進行評估。這種技術(shù)通過一種偶然性建模達到最后的找型結(jié)果，提供了一種產(chǎn)生可供選擇性的，運用第三方式來制造出優(yōu)缺點均偶然性的二元模型的方法。這種偶然性正式我們此次運用在建造營中的找型方式。

機器人仿生結(jié)構(gòu)打印——

空間6D打印裝置，是一項結(jié)合KUKA機器人與3D打印技術(shù)的創(chuàng)新?？臻g打印提供了3維成型的基礎(chǔ)，6D指的是機器人的6軸，提供了靈活多變的打印路徑。傳統(tǒng)的3D打印方式依照水平切片打印，而后疊合形成整體模型，這個過程僅僅反映了模型的成型狀態(tài)，并沒有反映結(jié)構(gòu)的自然生長與建構(gòu)邏輯。

本項目從仿生學(xué)的角度出發(fā)，學(xué)習(xí)了蜘蛛吐絲織網(wǎng)的建構(gòu)過程：一種由一點開始，沿著結(jié)構(gòu)路徑生長出復(fù)雜空間的自然建構(gòu)邏輯。我們對傳統(tǒng)的打印設(shè)備進行了優(yōu)化：利用KUKA機器臂承載打印工具頭，可在空間中沿不同路徑打印空間曲線。與此同時，打印工具頭采取了可變的機械設(shè)計，4個打印噴頭中，3個噴頭可以規(guī)律性地一張一合，據(jù)此可以改變打印過程中線材定型時的截面形狀，形成和蜘蛛絲類似、具有結(jié)構(gòu)強度的線材。（Think-Automation 出品）

這些改動，與其說創(chuàng)新，不如說是回歸：當(dāng)機器臂大幅度運轉(zhuǎn)、打印頭一張一合、空間結(jié)構(gòu)沿著3維路徑慢慢生長時，正是機器人技術(shù)向自然建構(gòu)的回歸。

KR 6R700機器人正在全身心投入地進行著“仿生建筑設(shè)計”。Think-Automation

上海欣志機器人系統(tǒng)有限公司是國內(nèi)領(lǐng)先的機器人自動化公司之一，欣志機器人已累計供出200+套機器人自動化系統(tǒng)，并與同濟大學(xué)、上海交大等多家國內(nèi)知名院校及科研機構(gòu)建立了良好的合作關(guān)系。

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