交易拥抱建筑工地的机器人

欢迎来到新兴城市。重型设备的嗡嗡声弥漫在空气中。起重机高耸于摩天大楼之上。脚手架包裹着建筑物和桥梁。郊区到处都是新的社区和大型购物中心。橙色的圆锥形和路障排列在我们上班和玩耍的路上。听起来是不是很熟悉?

建筑从一个美国海岸到另一个和全球大都市城市蓬勃发展。但建筑业有一个大问题。需要比供应更多的需求。

工人供不应求。由于材料和劳动力变得稀缺，建筑成本正在上升。基础设施维修和重建的需求无处不在。技术落后于其他行业。建筑业缺乏它所需要的巨大变革，缺乏用更少的钱做更多事情所需的颠覆性创新。但这不会持续太久。

根据Markets and Markets的一份报告，到2023年，全球机器人建筑市场预计将增长一倍多，达到1.66亿美元。半自动化和全自动化设备的创新将帮助建筑行业用更少的资源建造更多的建筑。机器人设备将帮助工人更安全、更有效、更长久地工作。赋予工人权力的技术将有助于吸引新一代建筑行业工人，他们渴望掌握这些新的、开创性的行业工具。

连续追踪自主权
当本杰明·霍尔特第一次附加木板蒸汽拖拉机的车轮周围创建一个“连续跟踪”防止半吨机器沉没在1900年代早期的软土农田,他不可能设想的各种土方设备一天是卡特彼勒的旗舰系列。C. L. Best也不能，他的拖拉机公司在1925年与霍尔特卡特彼勒合并，成立了卡特彼勒拖拉机公司。伊利诺斯州的皮奥里亚将作为该公司的总部基地超过90年。

自动打瞌睡的视线远程控制技术，使机器操作人员更安全在潜在危险的环境中。(卡特彼勒公司提供)

今天，卡特彼勒公司的总部位于伊利诺伊州的迪尔菲尔德，是世界领先的建筑和采矿设备、柴油和天然气发动机、工业涡轮机和柴油电力机车的制造商。凭借其标志性的“卡特彼勒黄色”设备，这家财富500强公司的机器获得了全世界的认可，其547亿美元的销售额中有59%来自美国以外。在全球约150个主要工厂，拥有超过10万名员工，支持超过160个强大的全球经销商网络。

霍尔特和贝斯特都会对卡特彼勒在自动驾驶汽车解决方案方面取得的进展感到震惊，这在大萧条前可能会被视为“奇迹”。现在不可想象的事情发生了。200万美元的奖金帮助增加了奖金的吸引力。

从采矿到建筑
采矿业是采用自动机器的主要行业之一。十年前，在偏远地区运营的矿业公司，尤其是澳大利亚，经历了机器操作员的严重短缺。大约在同一时间，美国国防部高级研究计划局(DARPA)的“大挑战”(Grand Challenges)展示了自动驾驶汽车正在成为现实。看看DARPA的比赛是如何推动自动驾驶汽车行业的．(卡特彼勒公司是2007年DARPA城市挑战赛中赢得200万美元奖金的团队的主要赞助商。)

因此，卡特彼勒开始与矿业公司合作，开发其Cat®Command系列自动卡车、钻机和履带式拖拉机，以及其井下Load-Haul-Dump (LHD)装载机。看着他们工作．根据卡特彼勒的说法，生产率的提高幅度从20%到30%甚至更高，同时大大提高了煤矿现场的安全性。在走向完全自主的矿井的过程中，自动化允许矿工减少操作过程的可变性。

过去10年采矿业面临的许多挑战，现在正影响着建筑业。现场安全、人才管道、效率提高、信息竖井连接以及数字化施工现场的发展都是当前建筑业的优先事项。但相似之处仅此而已。变异性是建筑工地的一个主要因素。

现场可变性和混合自治
与采矿业相比，建筑工地的环境结构更松散，控制更少，日常操作的可变性要大得多。人和机器在不同的施工任务中近距离工作。卡特彼勒认为，这种可变性将影响我们预计在建筑工地看到的自主权水平。

虽然采矿往往是一个可重复的过程，但建筑承包商很少有两个工作地点看起来一样。自主技术解决方案必须更加模块化和灵活，以适应不同工地的变化。

虽然矿山的运营时间很长，有些长达几十年，而且可以支持具有规模经济效益的自动车队，但建筑工地的机械通常包括自有的、租用的和分包的机器。用户不太可能为一个单一的任务重新编队。自动驾驶汽车是随着时间的推移而出现的。预计在一段时间内，自动和载人机械将在建筑工地共存。

因为矿井在一段时间内是固定的，所以可以投资Wi-Fi等基础设施来支持自动化。但建筑工地的跨度可能只有几个小时。自主解决方案需要尽量减少对固定基础设施的依赖。卡特彼勒正在开发利用5G专用网络和感知系统等新技术的解决方案，以允许机器进行通信和定位。

感知关键使能器
Caterpillar在自主挖掘技术中的早期工作起源于宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基梅隆大学（CMU）及其全国机器人工程中心（NREC）。钢城转向罗布尔堡是顶级人才和CMU的机器人学院的一个很棒的管道。之一未来机器人梦想实验室我们去年秋天报道过。

位于匹兹堡机器人社区中心的卡特彼勒匹兹堡自动化中心(PAC)与NREC合作开发用于大型采矿卡车的自动运输系统。他们还利用了世界级的人才管道，聘用了计算机科学、机器人和计算机视觉领域的CMU毕业生。

匹兹堡自动化中心电子工程经理Narayana Nadukuru说:“自动化和自动化产品的关键实现技术是机器通过使用电子部件和软件‘看到’周围环境的能力。”“这种技术通常被称为‘感知’，我们的很多感知开发都是在PAC完成的。”

PAC的工程团队提供软件算法，用于处理相机和激光雷达传感器等组件的数据，然后为自动化、安全和操作员辅助功能等高级应用创建有关周围环境的有用信息。Command是Cat连接技术和服务的一部分，可以混合和匹配，以满足卡特彼勒客户的独特需求。

一名设备操作员使用肩扛式远程控制台对四分之一英里外的自动推土机进行视线控制。(卡特彼勒公司提供)

工地安全和生产力
当操纵陡峭的斜坡或不稳定的表面，处理危险物质，或经历长时间的噪音，灰尘和振动时，Cat打瞌睡命令可以提高操作人员的安全性和生产率。远程操作可以通过肩扛式操作控制台实现视线范围内的远程操作，也可以通过远程操作站实现视线范围内和非视线范围内的远程操作。

观看这段视频，了解工作时自动打瞌睡的情况．在进入镜头48秒时，查看正在运行的非视线遥控站。这项技术位于很远的中心，操作员可以在安全、舒适的“虚拟出租车”中长时间工作。

已经证明在采矿应用中，命令技术包括猫DIZERS，轮式装载机和建筑工地上使用的滑动装载机上提供的遥控系统。遥控只是自动化建筑设备的第一步。CAT命令正在为明天的建筑行业进行明天的半和全自治设备系统铺平道路。

扰乱建设生态系统
根据卡特彼勒的说法，自动化可能会对建筑生态系统产生深远的影响。在工作现场采用自动驾驶技术，可能会为卡特彼勒的客户带来差异化的巨大飞跃。早期采用者有机会通过在效率、质量和安全方面的一步改变来颠覆行业。从部署设备的规模，到经销商和原始设备制造商的角色，再到工人与分包商的定义，一切都可能被打乱。

Caterpillar提供了一个例子。如今，传统的机队有50台机器，承包商需要有大约10名机械师和50名操作员，所有这些人都需要出差补贴或食宿。在一个自动作业现场，50台机器可能由15名当地机械师操作，以维护和部署机器，并有10名远程操作员在需要时提供自动操作和远程控制的监督。他们把这比作军用无人机的操作，当地的机械师为无人机的机械需求做准备，但任务是由远在地球另一端的飞行员在集装箱里执行的。

“这可能听起来很远，但它已经是我们使用猫非视线远程站的客户的现实，”卡特彼勒的弗雷德里奥，产品经理，建筑数字技术说。“单个操作员可以同时运行最多五台机器！”

卡特彼勒的远程控制技术还可以通过自动化和操作员辅助功能，提高新操作员或低技能操作员的生产效率。这些特性还提高了机器生产率和跟踪的一致性。

(特别感谢Narayana Nadukuru、Fred里约热内卢和整个Caterpillar团队的文章贡献。)

Built Robotics Inc.并没有试图进入一个已经由世界知名企业主导的市场，而是提供改装工具，将现有的建筑设备变成自动驾驶汽车。该公司集成了现成的传感器，并编写软件，使推土机、挖掘机或打滑转向等机器能够自动绘制周围环境的地图和导航。观察技术的运行．

虽然创新者努力为建筑工地带来更多的自主权，但其他半自动设备继续清除进步的方式。

遥控拆卸机器人在密闭空间作业，提高工作效率及工地安全。(来源:Brokk)

拆除机器人
第一台遥控拆除机器人是在20世纪70年代中期构思出来的，自80年代以来就已投入商业使用。拆迁机器人推广工作台安全让工人与坠落的碎片、灰尘和其他危险保持安全距离。这些机器人倾向于在一个紧凑的封装中封装大量的能量，允许在狭窄的空间中进行更精确的工作。

拆除机器人被用于建筑、桥梁、道路和隧道的建造，以及金属加工、核、采矿、国防和救援任务中的其他危险应用。看一对拆除机器人对这个购物中心进行装修。

拆除机器人可能会把它拆开。砌砖机器人一次一块砖地改造建筑工地。这个来自澳大利亚的机械砌砖工规模宏大。没有砂浆，只有一种特殊的粘合剂和一个很长的手臂。看看HadrianX．

机器人砌砖
任何一个泥瓦匠都会告诉你，砌砖和砖石是一门艺术，一门需要多年经验的精心打磨的手艺。但是实际的砖墙申请是一项很累人的工作。手臂和肩膀的重复运动，举重和定位一块又一块砖的累人任务，最终会对身体造成伤害。前提是你能找到尸体。

在全国各地，砖瓦工供不应求，更有经验的砖瓦工正逐渐退出这个行业。尽管工资在上涨，但年轻一代仍在寻找劳动密集型程度较低的工作。

一家公司正在寻求向泥瓦匠伸出援助之手。位于纽约罗彻斯特南部的维克多，建筑机器人公司为半自动泥瓦匠设计并制造了一款名为SAM的砌砖机器人。该公司的联合创始人Nathan Podkaminer和Scott Peters于2007年创建了该公司，并在美国国家科学基金会小企业创新研究(SBIR)项目的资助下，他们的研发工作得到了提升。

机器人砌砖系统根据数字蓝图施加砂浆并精确定位墙壁上的砖块。(建筑机械师提供)

彼得斯说:“我们考虑了将机器人技术引入建筑行业的所有不同方面，经过深入的努力和分析，我们选择了砌砖行业和砖石行业，因为从劳动力的角度来看，这些行业存在挑战。”“这是一项体力劳动。它很重复。你会有运动损伤，你会承受很大的重量，所以这是一个将机器人和自动化结合起来的好机会。”

Podkaminer是一名注册建筑师和建筑行业的资深人士，在机构、工业和住宅建筑领域有50多年的经验。彼得斯来自制造业。他拥有化学工程学士和硕士学位，曾担任英特尔和通用汽车的工艺工程师，最近担任RIA成员的制造工程师先进机械与设计(PMD)。

减轻负担，提高工作效率
借助SBIR计划的帮助，建设机器人在2013年建立了第一个原型，PMD是第一个商业测试网站。

“PMD在维克多的新建筑可能是世界上第一个有机器人在现场砌砖的建筑，”彼得斯说。“这是我们早期的原型之一，由一群工程师运行。我们用了几个星期的机器，学到了很多东西。我们证明了我们能够把砂浆涂在砖上，它会粘住，我们的技术是好的。我们还证明了我们可以利用我们的传感器系统和动态机器人稳定器将砖块送到需要的地方。这对我们来说是两个巨大的里程碑。”

他们还了解到，为了使该技术在建筑现场有用和有效，该系统需要易于安装、使用和操作的泥瓦匠。所以团队回到车间，在2014年底，他们的第一个商业工地上有一个完全重新设计的新版本的SAM。

“我们在弗吉尼亚州的工作和赛姆斯下跌，速度显着提高了速度，质量和生产力。然而，我们仍然学到了很多关于将机器人带到工作台所需的事情。我们花了几年时间在全国各种工作中运行机器的演示。2017年，我们在商业上推出了SAM，并开始培养经销商。在过去的几年里，我们继续增长并增加更多单位。“

该机器人在内华达州立大学里诺艺术大楼、弗吉尼亚州罗阿诺克市的波夫联邦大楼、密歇根大学布莱顿专科护理中心以及全国各地的其他砖石工程上安装了砖块。看看砖匠工会是怎么说的和机器人一起工作。

据彼得斯介绍，SAM平均每小时能砌砖350-380块。该系统结合了史陶比尔的机器人配备机器视觉的手臂，以及用于砖块和砂浆的馈电系统，用于电力的丙烷发生器，以及用于安全和动态稳定的复杂传感器包。

这里是一个简单的介绍。看山姆工作．

彼得斯说，他们选择这个特殊的机器人是因为它的负载重量比和软件集成。“我们想要一个高有效载荷，但不想处理一个沉重的机器人和控制器包。我们也想有一个机器人是密封的灰尘和天气。这个机器人套件还具有软件功能，使我们能够对速度和运动进行更深入的控制。

他继续说道:“当你移动砖块时，并不是每个机器人套件都允许实时调整。“你可以想象站在脚手架上，它随风飘荡。你有一般的运动然后你有人们在脚手架上快速移动或者从上面跳下来。所有这些都创造了非常快速、动态的运动。Stäubli的软件包允许从软件的角度进行更深层次的集成，然后我们能够围绕传感系统进行所有的软件定制。”

机器人本身有六个轴，但系统有七个。第七轴是承载机器人、补给系统、丙烷发生器和储气罐的车厢，以及所有的控制和用户界面。当砌砖时，它会沿着墙自动移动。

“实际上，有一个第八轴，我们根本没有控制，这是手动控制的脚手架系统，”彼得斯说。“机器人在大约三英尺的（垂直）工作空间内建立在大约三英尺之后，它耗尽了，所以你必须提高脚手架。”

在飞行中调整和坚持
广泛的发展进入了建设机器人的实时操作系统，以管理SAM的整体安全方面，以及材料饲料和人力界面。它们尽可能利用现成的成分，但是当没有适合的现有解决方案时，他们自己建立了自己的。

“如果这是一个直接的解决方案，我们就会去一个积极的人，嘿，嘿，为我制造一个铺设砖块的机器人，”彼得斯说。但是，当我们真正剥离洋葱并分析挑战时，真的有三种简单的技术挑战令人难以置信的复杂。“

1.你如何在墙上铺设所有砖块并处理现场变化？

建筑机器人开发了一种系统，可以在飞行中调整变化。“当我们在软件中设置地图系统时，在这个过程中，你需要设置故事杆，然后通过测量过程进行测量，然后系统会自动调整所有砖块的间距。现在你知道砖块的实际位置相对于墙的实际尺寸，窗户，门和建筑的角落。所以你有自动修正。这是我们必须解决的一个大问题。”

2.在太空中，尤其是在一个动态的环境中，你如何把砖块放在它应该放在的地方?

彼得斯把它比作一艘不断移动的船，并试图实时调整这些移动。他们开发了定制软件，与Stäubli机器人的控制软件集成后，就可以实现动态稳定。

3.你如何让灰浆粘在砖块上？

当泥瓦匠铺设砖时，它们通常在放置下一块砖之前将砂浆撒在砖墙上。而不是有多个机器人武器进行不同的任务，建筑机器人通过将砂浆施加到砖块来简化该过程。

“我们最终不得不开发自己的迫击炮系统，”彼得斯说。“商业上可用的系统要么没有提供合适的压力，要么即使提供了，也很容易堵塞，难以清洁。我们的很容易清洁，易于管理和维护。我们能够施加适当的压力并进行适当的控制，这使我们能够管理非常广泛的灰浆，将其施加到砖块上并使其粘住。”

适当的灰浆体积，以适用于不同大小的砖和什么部分的砖到灰浆是建立在控制系统。

彼得斯解释说:“规范对砖块的要求并不严格。”“你基本上是在处理被压缩和加热的污垢。我们需要考虑到一定程度的偏差，以便掌握砖块，测量它，然后利用这些测量来改变我们砂浆砖块的方式，这样它就不会撞到喷嘴上，这样我们就能获得良好的附着力。”

整个系统获得专利，在划痕中建造的激光传感和凹版系统的各方面具有额外的专利。激光系统安装在故事杆上。

“泥瓦匠通常使用两根杆子，在杆子之间拉一根绳子，以确定他们将要铺设的砖的路线。因为这对石匠来说是一个非常熟悉的过程，我们基本上模仿了这个过程，在某种意义上，通过让他们在建筑上挂一根柱子，并设置他们的路线(砖的垂直路线调整)。机器人走到墙上，用它的摄像头观察那条线，然后我们进行多自由度修正(通过与激光系统通信)，把砖块放到它应该去的地方。”

抬起更多，汗水少
SAM可以处理大小从4英寸切成的砖到12英寸的砖。对于铺设大石块，SAM有一个助手。

建筑机器人公司提供了一种名为MULE的提升辅助设备，用于材料单元提升增强器。它可以减轻砌砖工人在使用50磅重的砖时的压力。然而，这个设备是否属于机器人的范畴，取决于你对机器人的定义。在制造业中，机器人的构成通常是不同的专业服务机器人比如SAM和建筑行业的许多其他半自动机器。

“我们通常不把MULE称为机器人。这是一种智能辅助电梯设备，”彼得斯说。“这里面肯定有一些自动的动作。我们有一些控制算法，复杂的软件和传感。它只有一个受控制的运动轴。”

你自己决定MULE是否是一个机器人。观看它的工作．

现在让我们来看看建筑行业的新人这是交易的外骨骼．这些都是无动力的机械装置，但通常被认为是机器人。上半身的仿生骨骼减轻了工人在长时间高空工作时的紧张和疲劳。

彼得斯说:“我们在建筑行业学到的很多东西和我们做的很多事情，都是关于帮助和使工人更有效率。”“因为这是一个不受控制和动态的环境，员工是难以置信的关键。”

人体机器人协作
在建筑领域，人机协作是许多机器人和机器人设备的关键组成部分。当被问及为什么SAM被称为“半自动化”泥瓦匠时，彼得斯附和了其他人的意见。

机器人砌砖系统包括砖操作和喂料，砂浆系统，控制，动力和安全，所有都是自给自足的，便于在现场携带。(建筑机械师提供)

“工人在循环中非常重要。他们必须建立山姆。他们必须做映射，布局，然后在其操作期间，它们不仅是喂机器，而且它们也必须击中关节（拆下多余的砂浆），把墙壁扎带，安装在很多工人仍然需要由工人管理和运营。“

通常，您有一个三人船员，包括两个泥瓦匠和与山姆一起使用的劳动者。泥瓦匠处理设置并突出关节并管理墙壁质量。劳动者在整个过程中保持山姆用砖和砂浆喂食，类似于传统砌砖招标的任务。

“山姆只是交易的另一个工具。这是一个完成工作的方法。它与工人一起工作并协助他们。我们从未见过山姆，本身替换工人，但它允许承包商与他们的船员做更多。“

和你的船员一起做更多
除了提高生产率，减少重物搬运和增强人体工程学，机器人砌砖还有其他好处。它允许并行处理任务。当机器人在砌砖时，泥瓦工可以同时敲打已经安装砖的另一部分墙面的接缝。泥瓦匠也可以检查蓝图，安装安装或墙壁领带，在角落工作，或做一些其他方面的工作。

SAM还可以使用不同的砖颜色、大小和配置制作复杂的图案。对机器人来说，砖块只是屏幕上的像素。这都是数字的，机器的语言。

“山姆的那个方面真的让未来的建筑师思考建筑物的建筑物不同，”彼得斯说。“它可以做到和推出（抵消3D设计效果的砖贴）。它可以做士兵课程，砖上的砖头。它可以用不同的彩色砖来做徽标和错综复杂的设计。我们在我们的商店中做了一个由建筑师设计的样本墙，每个砖在不同的平面上以非常精细的增量在不同的平面上，所以整个墙壁创造了一个波模式。那是一个机器人带来桌子的东西之一。“

机器人砌砖正在帮助推动数字设计，并在建筑行业中推动更多的砖房工作和机遇。另一个好处是机器人收集的数字数据，因为它正在工作。

“SAM将实时数据推送到云端，你就能得到全天SAM运行情况的更新。所有这些信息都是实时提供给你的，所以作为一名工头或石匠公司的老板，你可以对你的工作场所的生产率做出更好、更有经验的决定。”

就像来自机器人和自动化的实时数据正在帮助制造商改善他们如何监控和维护他们的工厂设备，并做出运营决策一样，自动化砌筑也可以对建筑行业产生同样的影响。数字化制造是未来的趋势。

数字制造机器人
尽管建筑工地的数字化制造是一项新兴技术，仍处于起步阶段，但几乎没有人否认它的潜力。Digital fab利用计算机控制技术在非传统配置下创建结构和建筑，通常简化了结构的设计和用途，同时激发了新的建筑表达形式。数字化制造使建筑设计和施工更加精确和高效。它还可以更好地利用建筑材料，需要更少的劳动密集型过程，并提高整体生产率和可持续性。

今天的建筑工地仍然存在着具有挑战性的工作条件，涉及人体工程学、安全和工作满意度等问题，这使得它们对新一代工人来说不那么有吸引力。这可以通过数字化制造来克服，并为建筑行业打开一个全新的人才库，一个用脑多于用力的人才库。

瑞士的研究人员领导了建筑工地上的数字制造费用，采用主要的居住地，设计，计划和建造，主要是数字施工技术，即工业机器人和3D打印机。

这座三层的DFAB住宅位于Dübendorf的Empa和Eawag的NEST研究大楼的顶部。它于今年2月正式开业。看看DFAB HOUSE的数字崛起吧．

现场施工开始于机器人制造网格模具墙使用在现场制造商(IF)，一种自主移动机械手开发的工作在动态的现场施工环境。钢丝网模板墙既是混凝土的模板，又是混凝土的钢筋。看着IF机器人在工作在DFAB建造现场，当它弯曲、切割和点焊钢丝时，每次垂直制作一段网模墙，直到完成。

移动施工机器人用于建筑工地的数字化制造，它可以自主地以复杂的波型为混凝土墙构建钢丝网模具。(资料来源:Roman Keller/NCCR Digital Fabrication)

其结果是一个优雅的双曲线，承重混凝土墙，这是现代建筑客厅的特点。独特的混凝土天花板让人想起电影《异形》中的场景，它是用3d打印模板浇铸的，巨大的面板是在现场组装的。两个上层住宅楼层暴露出复杂几何形状的木框架，由两个倒置的龙门安装机器人在现场外预制，使用一种称为数字木结构的新方法空间木材组装．

实验室首次出现了几种数字制造技术，将一块空白的石板转变成独一无二的智能家居。但发展并不是在公园里散步。

独特的视觉,多学科合作
原位制造机器人从它的第一次迭代已经走过了很长的路。不幸的是dimRob“需要更多的人为干预．DFAB House项目需要更多的机器人自主权和多学科方法。这在伊尔伯特·爱因斯坦的亚马斯坦母校和许多其他诺贝尔奖获得者的亚洲斯坦理工大学和许多其他诺贝尔奖获得者之间产生了几名近165岁的瑞士科技大学之间的几位教授和他们的实验室之间的合作。

Gramazio Kohler Research, ETH建筑和数字制造主席，前教授Jonas Buchli的Agile & Dexterous Robotics Lab (ADRL)，与其他研究实验室和行业合作伙伴，带来建筑，机器人，控制系统工程，材料科学，计算机科学，在一个雄心勃勃的合作伙伴关系中，将数字技术作为未来建筑过程的重要组成部分。成立于2014年，多学科联盟成为国家研究能力中心(NCCR)数字制造由瑞士国家科学基金会资助。

“我们的主要目标是开发允许我们以前建立我们无法建造的东西的工具，”埃德·苏黎世机器人和智能系统研究所的DOC研究员和NCCR成员蒂莫西·桑迪说。桑迪与布恰博士（现为深入技术）密切合作，在建筑工地上的复杂结构的机器人制作中。

“这是一个非常不同的动机，与商业观点，你试图自动化当前的过程，”Sandy继续说。“我们希望看到下一步的发展，让这些智能机器在建筑工地上建造我们现在甚至无法想象的东西。不仅是有趣的建筑，而且是更多的功能性建筑，你将一个房间的不同功能整合到一个单一的单元中，从而使建筑更简单，更有效率。”

机动性、准确性和自主性
在现场建筑中，机器人操作的主要挑战是机动性、准确性和自主性Sandy 2018博士论文．ADRL团队开发了定位、传感器融合和运动控制策略，使移动操作系统能够在大的工作空间和长时间内实现高精度的末端执行器定位。原位制造集成了标准的工业机器人手臂ABB机器人安装在装有液压驱动轨道的底座上。

由于建筑工地具有高水平的变异性和不受控制的环境，因此机器人被设计为具有完全集成的，车载控制，传感和动力系统的完全自包含的机器。研究团队还希望避免对外部参考系统的依赖性，因此不需要广泛的设置和繁琐的校准程序。但是在建筑工地上的机器人数字制造与实验室非常不同。

一个移动的建筑机器人装备了复杂的末端手臂工具，可以自动弯曲、切割和点焊钢丝混凝土模具。(资料来源:Roman Keller/NCCR Digital Fabrication)

“一旦我们把机器人带出实验室并进入DFAB房屋的建造场所，并开始建造网状铸造墙壁，我们惊讶于它比我们预期的更具挑战性，”桑迪说。“例如，实验室中的地面始终是平坦的和水平。在我们不得不建造的房子里的地面被倾向于排水原因一到两度。完全改变了你的动态和机器人在机动手臂时移动的方式，“他承认，他承认一些现场软件调整以补偿。

虽然自治可能是圣杯，但研究人员了解到，你必须以一种有效的方式选择自治水平，无论是开发还是执行。随着该团队在更现实的环境和建筑任务中进行试验，他们意识到，让机器人完全自主并不有效，尤其是当人类已经成为建筑过程的必要部分时。

在网格模型构建中，机器人被重新定位了十几次。重新定位是手动完成的，这涉及用操纵杆控制台驱动机器人。该团队选择将自主性集中在构建网格模型的机器人上，并确保它能够自己完成这个过程。

桑迪说:“机器人必须调节电线的输送，并监测其制造的准确性。”“一个人几乎不可能建造出与机器人系统相当精度的结构。”

如果机器人通过检测墙壁基础上的标记本身定位。在构建之前，安装了面板。然后在板上任意安装标记。机器人沿着墙的长度进行一次测量，以构建这些标记位置的地图，它总是可以参考它在空间中的位置。机器人构建一个部分，然后您手动将其驱动到下一个区域。它通过快速本地化程序，然后继续构建该部分。

机器人在现场建造的好处之一是，你有一个连续的循环，从机器人建造的一部分结构，然后比较它的位置应该在哪里，它实际在哪里，然后调整建造。在搭建金属丝网的过程中，机器人会进行比较和调整，这是预制件无法完成的工作。

一个更智能、更轻、更准确的未来
随着DFAB住宅的完成和第一批居民即将搬进来，以及ADRL实验室的关闭，Sandy现在领导着ETH研究人员的一个小组，仍然专注于机器人建造，但在由Marco Hutter教授领导的机器人系统实验室(RSL)。RSL可能听起来很熟悉。你们可能见过任何动物都在徘徊这是一款与衍生产品ANYbotics联合开发的四足机器人。

RSL也在致力于自主挖掘机机器人。满足堆．

有了这些影响，下一代建筑机器人看起来会有些不同就不足为奇了。桑迪的研究小组正在努力使机器人更聪明、更精确、更轻。

Sandy说，IF机器人的重量是1-1/2吨，“限制特性之一是它太重了，很难运输，需要非常缓慢地操作才能保证安全。”“它已经到了一些建筑无法支撑的地步。在驱动技术上需要有一个台阶的改变，让这样的机器人轻两倍，但同样强大。”

桑迪说，新一代的协作机器人正在朝着建筑施工所需的方向发展。他们只需要它们三次更大。他的小组现在正在使用kinova协同机器人手臂的较小的原型机器人。他说，他们还在努力为可以安全而且仍然有效地工作的建筑机器人的自主导航和避免避免。