KUKA 机器人展现了机器人制造在建筑行业的可观前景

在斯图加特大学的一个项目中,两台 KUKA 机器人实现了精确高效地粘接和铣削木板,该项目证明了工业机器人还可以通过其优势参与木材建筑行业,该行业以前很少依赖于自动化过程。

研究项目:在木结构建筑中应用机器人制造

斯图加特大学计算机设计与建筑学院(ICD)成立于 2008 年,一直致力于计算机辅助设计和建筑工艺的开发。在建筑行业中应用机器人制造是该学院的研究重点之一。针对 2019 年举办的德国联邦园艺博览会,ICD 开发了一座采用轻质木结构的创新型展馆,其建造只能在机器人的帮助下实现。所需设备的规划由 BEC GmbH 负责。该设备制造商则依赖于可靠的 KUKA 机器人:工程中使用了一台双轴定位器 DKP-400 和两台 KR 500 FORTEC 型 KUKA 机器人。工业机器人精确地粘接和铣削木镶板。

细致且高效:机器人粘接木板。

2019 海尔布隆德国联邦园艺博览会

每两年一次,德国联邦园艺博览会(BUGA)将选址德国的一座城市举行。最初,它只是一个纯粹的园艺展览,但随着时间的推移,展会内容早已超越于此:现在它是城市规划和建筑行业发展的风向标。今年的德国联邦园艺博览会落户海尔布隆,除了珍奇树木和绚丽的鲜花,一座新颖的木制展馆同样吸引着参观者的目光。也许是因为其木质结构的设计灵感来源于自然,它与博览会的整个展区相得益彰,毫无突兀之感。

美丽景观:2019 德国联邦园艺博览会的木制展馆
在建筑业中采用机器人制造。

灵感源自大自然的结构:机器人完成木板的粘接

“仿生研究领域是我们的工作重点之一。”ICD 负责人 Achim Menges 教授解释道。“自然界中的形式、材料和结构通常比普通的建筑方式具有更高的材料效率和功能性。”园艺博览会的这座展馆模仿了海胆的外壳,其由单独生长的骨板构成。因此,组成木制展馆的 376 块元件都是独一无二的单件。这些元件包括由层压板构成的木板和木梁,由机器人粘合在一起。内部的五角、六角或七角镶板 16 厘米厚,是空心的。完成的展馆横跨 30 米,其内部没有任何支撑物。“这种轻量化结构至今在全球范围内是独一无二的。如果没有采用机器人制造技术,制造如此高度差异化的部件是一件不可能的任务。”ICD 的研究助理和博士生 Hans Jakob Wagner 说道。

单独制造:木制展馆由 376 块单件拼接而成。

过程全自动:KUKA 工业机器人对木镶板进行精确的铣削

机器人制造工作由两台 KR 500 FORTEC 型 KUKA 机器人承担。机器人 1 将底板定位在双轴定位器 KUKA DKP-400 上。机器人 2 将粘合剂涂抹在木板上,然后机器人 1 在其上粘贴结构梁。机器人 2 用木钉钉住木梁。工业机器人重复这些步骤,直到所有木梁都被胶合和钉牢。然后,机器人 1 将另一个木板粘贴在由机器人 2 涂抹在木梁上的粘合剂上。此盖板同样也另外使用木钉进行固定。粘合剂凝固后,机器人马上将木镶板重新定位在 DKP-400 上。机器人 2 精确地铣削角部轮廓和榫卯连接。然后机器人 1 将完成的镶板放入仓库中。

机器人粘接木板,铣削木梁并用钉子固定。
2019 海尔布隆德国联邦园艺博览会的木制展馆。

精度和效率 – 机器人制造在建筑行业中的优势

“机器人能够精确高效地粘合木板。这一点非常重要,因为粘合剂仅在有限的时间内是液体。”BEC GmbH 总经理 Matthias Buck 解释道。此外,在作业中还必须遵守数量和均匀性等特殊条件。同时考虑到单个元件的重量 – 镶板的重量高达 200 公斤,机器人可以轻松完成工作。另一个优点:在铣削作业中,机器人制造的尺寸公差小于 0.3 mm。此外,Matthias Buck 也高度赞扬了 KUKA 机器人的适应性:“我们甚至可以在制造过程中改变各个元件的设计图。”这为建筑业和木材建筑领域带来了创新的可能性:尽管构件数量不断增加,机器人系统仍能提供价格合理的解决方案。


构件的制造不但工艺复杂,而且成本也很高。如果没有基于机器人的解决方案,项目根本无法实现。

Hans Jakob Wagner,计算机设计与建筑学院(ICD)的研究助理和博士生
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