KUKA 機器人展現了機器人製造在建築行業的可觀前景

在斯圖加特大學的一個專案中,兩台 KUKA 機器人實現了精確高效地粘接和銑削木板,該專案證明了工業機器人還可以透過其優勢參與木材建築行業,該行業以前很少依賴於自動化過程。

研究專案:在木結構建築中應用機器人製造

斯圖加特大學電腦設計與建築學院(ICD)成立於 2008 年,一直致力於電腦輔助設計和建築工藝的開發。在建築行業中應用機器人製造是該學院的研究重點之一。針對 2019 年舉辦的德國聯邦園藝博覽會,ICD 開發了一座採用輕質木結構的創新型展館,其建造只能在機器人的幫助下實現。所需設備的規劃由 BEC GmbH 負責。該設備製造商則依賴于可靠的 KUKA 機器人:工程中使用了一台雙軸定位器 DKP-400 和兩台 KR 500 FORTEC 型 KUKA 機器人。工業機器人精確地粘接和銑削木鑲板。

細緻且高效:機器人粘接木板。

2019 海爾布隆德國聯邦園藝博覽會

每兩年一次,德國聯邦園藝博覽會(BUGA)將選址德國的一座城市舉行。最初,它只是一個純粹的園藝展覽,但隨著時間的推移,展會內容早已超越於此:現在它是城市規劃和建築行業發展的風向標。今年的德國聯邦園藝博覽會落戶海爾布隆,除了珍奇樹木和絢麗的鮮花,一座新穎的木制展館同樣吸引著參觀者的目光。也許是因為其木質結構的設計靈感來源於自然,它與博覽會的整個展區相得益彰,毫無突兀之感。

美麗景觀:2019 德國聯邦園藝博覽會的木制展館
在建築業中採用機器人製造。

靈感源自大自然的結構:機器人完成木板的粘接

「仿生研究領域是我們的工作重點之一。」ICD 負責人 Achim Menges 教授解釋道。「自然界中的形式、材料和結構通常比普通的建築方式具有更高的材料效率和功能性。」園藝博覽會的這座展館模仿了海膽的外殼,其由單獨生長的骨板構成。因此,組成木制展館的 376 塊元件都是獨一無二的單件。這些元件包括由層壓板構成的木板和木梁,由機器人粘合在一起。內部的五角、六角或七角鑲板 16 公分厚,是空心的。完成的展館橫跨 30 米,其內部沒有任何支撐物。「這種輕量化結構至今在全球範圍內是獨一無二的。如果沒有採用機器人製造技術,製造如此高度差異化的部件是一件不可能的任務。」ICD 的研究助理和博士生 Hans Jakob Wagner 說道。

單獨製造:木制展館由 376 塊單件拼接而成。

過程全自動:KUKA 工業機器人對木鑲板進行精確的銑削

機器人製造工作由兩台 KR 500 FORTEC 型 KUKA 機器人承擔。機器人 1 將底板定位在雙軸定位器 KUKA DKP-400 上。機器人 2 將粘合劑塗抹在木板上,然後機器人 1 在其上粘貼結構梁。機器人 2 用木釘釘住木梁。工業機器人重複這些步驟,直到所有木梁都被膠合和釘牢。然後,機器人 1 將另一個木板粘貼在由機器人 2 塗抹在木梁上的粘合劑上。此蓋板同樣也另外使用木釘進行固定。粘合劑凝固後,機器人馬上將木鑲板重新定位在 DKP-400 上。機器人 2 精確地銑削角部輪廓和榫卯連接。然後機器人 1 將完成的鑲板放入倉庫中。

機器人粘接木板,銑削木梁並用釘子固定。
2019 海爾布隆德國聯邦園藝博覽會的木制展館。

精度和效率 – 機器人製造在建築行業中的優勢

「機器人能夠精確高效地粘合木板。這一點非常重要,因為粘合劑僅在有限的時間內是液體。」BEC GmbH 總經理 Matthias Buck 解釋道。此外,在作業中還必須遵守數量和均勻性等特殊條件。同時考慮到單個元件的重量 – 鑲板的重量高達 200 公斤,機器人可以輕鬆完成工作。另一個優點:在銑削作業中,機器人製造的尺寸公差小於 0.3 mm。此外,Matthias Buck 也高度讚揚了 KUKA 機器人的適應性:「我們甚至可以在製造過程中改變各個元件的設計圖。」這為建築業和木材建築領域帶來了創新的可能性:儘管構件數量不斷增加,機器人系統仍能提供價格合理的解決方案。


構件的製造不但工藝複雜,而且成本也很高。如果沒有基於機器人的解決方案,專案根本無法實現。

Hans Jakob Wagner,電腦設計與建築學院(ICD)的研究助理和博士生
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