建筑业福音：可3D打印单块混凝土的移动机器人系统

aau讯（编辑 卢晶）新加坡科南洋理工大学（NTU）在过去的几年里花费大量的时间和精力研究用混凝土材料进行建筑3D打印。两年前，由NTU机械与航空航天工程学院助理教授Pham Quang Cuong领导的NTU新加坡3D打印中心（SC3DP）团队发表了一篇论文，介绍了他们开发的可移动3D打印建筑机器人的工作。其研究之初的想法是希望多个机器人一起工作以构建一个混凝土结构，不会因为体积限制和交货时间长等常见问题而受阻。

据了解，由于缺乏移动性、体积小等问题，限制了对3D打印的使用，同步移动机器人解决了可伸缩性的问题。现在，Cuong教授及其团队正在将研究推向新的高度。他们仍使用移动机器人来实现“边走边打印”的方式，但他们开发了一个单机器人工业3D打印平台，该平台可以单独完成大规模的建筑打印，而不是使用成对系统。

“我们的系统安装在移动机器人上。移动机器人基座的可移动能力使我们的机器人可以打印比自身更大的结构。此外，拥有可移动的底座还可以更轻松地将机器人带入施工现场并在内部移动。”Cuong教授解释说。

据悉，NTU小组由Mehmet Efe Tiryaki，Xu Zhang和Cuong教授组成，并于最近发表了有关其新系统的论文，标题为“ 移动打印：大规模机器人3D打印的新范例”。

据该论文摘要写道：“建筑和构造最近已成为机器人技术的应用领域。值得注意的是，材料配方和机器人技术的快速进步使机器人3D打印混凝土成为现场施工最有希望的技术。但是，可伸缩性仍然是使用过程中的重要障碍：打印系统（基于龙门式或基于臂式）通常比要打印的结构要大得多，因此在打印过程中很困难。最近，有人提出了一种移动打印系统（一种安装在移动基座上的机械手）来缓解这一问题：通过移动基座，这样的系统可以打印出比其自身更大的结构。然而，这种系统只能在静止时打印，从而对可以单次打印的结构的尺寸施加了限制。这里，我们开发了一种实现移动打印的系统，该系统可以用一个机器人打印任意尺寸的单件结构。这种系统解决了针对移动3D打印的运动计划、本地化和运动控制的问题。该系统只需要一个机器人即可打印不同大小的单件结构，这也有助于确保更好的结构性能。”

移动机器人3D打印系统

据了解，通常情况下，无法打印比建筑3D打印系统的龙门立足距离宽的建筑结构。这是因为打印结构的尺寸受到以下三项之一的限制：机械臂的触及范围，门架的受限体积或使打印头沿特定轴移动的框架。而今，NTU研究人员通过将工业机器人操纵器安装到带轮基座上，使系统可以在任何方向上移动，前提是确保它在平坦的表面上即可。然后，使用软管将平台的机械手固定的喷嘴连接到泵。

为了实现打印时协调一致，研究员在新系统中精心计划了机器人操纵器的运动以及移动平台的运动。它使用反馈运动控制系统和高度精确的机器人定位，以确保喷嘴以正确的速度在正确的位置沉积混凝土材料。通过将相机放置在移动底座的背面，其“定位系统”在更大的表面积上效果更好。

NTU3D打印系统设置和打印过程管线模型

据NTU研究小组声称，他们的边走边打印系统可增加一个机器人可以制造的结构的尺寸。为了证明这一点，他们使用该平台3D打印了一块210 x 45 x 10厘米的混凝土结构，该结构肯定比机械臂的87厘米的范围更大。该系统可以显著提高3D打印建筑的效率。但是，他们的工作尚未完成，因为该系统仍然存在一些局限性，特别是在工作区域不均匀方面。

Cuong教授解释说：“我们正计划给机器人添加协作功能。这样做的想法是让操作人员用手拿着机器人，然后将其沿建筑工地移向所需位置，并引导它实现高精度组装。”

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