機(jī)器人依靠計(jì)算機(jī)控制和電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能生產(chǎn)模式，正在迅猛地影響著人類社會(huì)的生產(chǎn)生活。就在前不久，國(guó)內(nèi)頂尖的建筑設(shè)計(jì)院?！瑵?jì)大學(xué)建筑與城規(guī)學(xué)院上演了精彩的機(jī)器人輔助建筑展覽，上海欣志機(jī)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(jī)器人應(yīng)邀參與協(xié)助主辦方成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人建筑設(shè)計(jì)師的構(gòu)想。

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

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

機(jī)器人建造師團(tuán)隊(duì)、展覽開(kāi)幕式合影

機(jī)器人磚構(gòu)——“機(jī)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(zhǎng)久以來(lái)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(xiàng)目通過(guò)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(guò)遺傳算法對(duì)產(chǎn)生結(jié)果進(jìn)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(tái)6關(guān)節(jié)的KUKA機(jī)器人KR6 R700小型工業(yè)機(jī)器人作為磚構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)，機(jī)器人安裝于帶定位機(jī)構(gòu)的移動(dòng)砌磚工作臺(tái)，可分步實(shí)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(qiáng)烈視覺(jué)沖擊力的磚墻序列。

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

機(jī)器人金屬加工——

板材為人們所見(jiàn)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(diǎn)的不同有著截然不同的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)。

本項(xiàng)目用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行針對(duì)板材的拓?fù)溆?jì)算和優(yōu)化通過(guò)機(jī)器自動(dòng)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(guò)機(jī)器敲擊后達(dá)到了其在給定條件下的較佳結(jié)構(gòu)性能。精準(zhǔn)的機(jī)器加工賦予了我們?cè)O(shè)計(jì)師從數(shù)字模擬到實(shí)際施工的較完美的轉(zhuǎn)換。所謂基于結(jié)構(gòu)性能的機(jī)器建造。

本案采用1臺(tái)KUKA機(jī)器人KR90，加裝機(jī)械壓花模塊后，通過(guò)設(shè)計(jì)師編制的空間運(yùn)行軌跡，在立體的金屬板表面進(jìn)行構(gòu)造加工。

機(jī)器人木構(gòu)——

在長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的中國(guó)傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的發(fā)展歷程中，大量的實(shí)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(yàn)的龐大木構(gòu)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目抽取了傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中“檐椽”這一元素，希望通過(guò)新的結(jié)構(gòu)性能模擬優(yōu)化和機(jī)器人加工手段對(duì)這一傳統(tǒng)元素的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化與重新演繹。《營(yíng)造法式》中對(duì)檐椽的出挑比例有明確的規(guī)定，我們通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算與優(yōu)化軟件對(duì)這一出挑比例進(jìn)行了驗(yàn)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(jì)了一套新的結(jié)構(gòu)體系。

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

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

中國(guó)傳統(tǒng)的木構(gòu)與數(shù)字化建造技術(shù)結(jié)合會(huì)有什么驚人的創(chuàng)作呢？在三周時(shí)間中，通過(guò)數(shù)字化軟件以及機(jī)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(dá)了從設(shè)計(jì)概念到實(shí)際施工全過(guò)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(guò)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(guò)自身的受力關(guān)系實(shí)現(xiàn)支撐。運(yùn)用千足蟲（millipede）對(duì)桿件受力進(jìn)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(jī)床對(duì)材料進(jìn)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(jì)對(duì)后期搭建的影響。節(jié)點(diǎn)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(jī)器人加裝高速電主軸及銑削工具后，可組成1臺(tái)高柔性大范圍作業(yè)的多軸立體雕刻機(jī)，能進(jìn)行大型木像雕刻、模型制造的那個(gè)，詳見(jiàn)欣志機(jī)器人——機(jī)器人雕刻（http://www.x47f2nc.cn/showpro.asp?id=60）欄目。

機(jī)器人復(fù)合材料3D打印——

在本次同濟(jì)建造營(yíng)中，重點(diǎn)探索和測(cè)試了一種基于材料本身的自主建構(gòu)方式。美國(guó)RPI以及來(lái)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(wú)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(jì)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(guò)程中，建構(gòu)方式只是最終實(shí)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(huì)影響建構(gòu)的過(guò)程，從而給結(jié)果帶來(lái)諸多意外的屬性和驚喜。在建造過(guò)程中，我們使用了一種基于機(jī)器人的反饋系統(tǒng)。

機(jī)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(jìn)行評(píng)估。這種技術(shù)通過(guò)一種偶然性建模達(dá)到最后的找型結(jié)果，提供了一種產(chǎn)生可供選擇性的，運(yùn)用第三方式來(lái)制造出優(yōu)缺點(diǎn)均偶然性的二元模型的方法。這種偶然性正式我們此次運(yùn)用在建造營(yíng)中的找型方式。

機(jī)器人仿生結(jié)構(gòu)打印——

空間6D打印裝置，是一項(xiàng)結(jié)合KUKA機(jī)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(jī)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(gè)過(guò)程僅僅反映了模型的成型狀態(tài)，并沒(méi)有反映結(jié)構(gòu)的自然生長(zhǎng)與建構(gòu)邏輯。

本項(xiàng)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(guò)程：一種由一點(diǎn)開(kāi)始，沿著結(jié)構(gòu)路徑生長(zhǎng)出復(fù)雜空間的自然建構(gòu)邏輯。我們對(duì)傳統(tǒng)的打印設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化：利用KUKA機(jī)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(shí)，打印工具頭采取了可變的機(jī)械設(shè)計(jì)，4個(gè)打印噴頭中，3個(gè)噴頭可以規(guī)律性地一張一合，據(jù)此可以改變打印過(guò)程中線材定型時(shí)的截面形狀，形成和蜘蛛絲類似、具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的線材。（Think-Automation 出品）

這些改動(dòng)，與其說(shuō)創(chuàng)新，不如說(shuō)是回歸：當(dāng)機(jī)器臂大幅度運(yùn)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(zhǎng)時(shí)，正是機(jī)器人技術(shù)向自然建構(gòu)的回歸。

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

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

更多有關(guān)機(jī)器人前沿應(yīng)用技術(shù)、機(jī)器人自動(dòng)化工作站、校企合作事宜，歡迎前來(lái)咨詢洽談，上海欣志機(jī)器人公司駐昆山工廠聯(lián)系電話：0512-50315123。