授课教师于雷清华大学

研究助理杨道乾、许波阳、黄俊

组员田果、徐梓烨、朱小风、夏涛、贾永恒、王航、朱元双、丁汝丹、狄岳、郑康奕、樊起航、万林潇谊、庄沛达、许可沩、杨棓陞、陈溥君

工业机器臂在建筑学研究和教学内容里已经不再陌生, 但是如何建立自动化的机器臂工作系统仍是一个空白的领域。也就是说, 机器臂只能处于加工建造中的一个环节, 还需要人工的协同才能顺利地完成一项复杂工作, 如材料的加载、材料的转向翻身等步骤都需人工干预, 大大降低了工作效率, 这也是机器臂智能建造本身理念层面的缺陷。

本工作营在开发KUKA I/O系统的基础之上, 植入了Arduino单片机模块, 作为辅助和衔接KUKA机器臂系统的外部系统。一般来说, 工业生产线采用PLC (可控逻辑编程模块) 构建多台机器人协同系统, 如特斯拉工厂的自动化机器人流水线。但是PLC模块成本高, 编程相对复杂, 对于搭建简单的系统来说得不偿失。然而, 如果用KUKA自带的外部轴协调系统不仅成本高昂, 还失去了一定的自由度 (因为必须符合KUKA的标准) 。所以, 在多年机器臂实践的基础上, 附加我们一直钻研的、具有无穷可能的Arduino系统, 本次工作营试图建立两个系统之间的信息通道, 目的是通过机器臂和外部轴的协同工作对单一材料进行空间榫卯结构的加工。获得了加工空间自由度的榫卯构件的能力之后, 我们通过Grasshopper环境下的Caramba力学优化插件, 设计并建造了一个可自支撑的空间网架结构。因此, 这个工作营将计算机编程、单片机自控、机械设计、机器臂编程与应用等一系列手段结合在一起, 成为以结构力学为支撑的一次数字设计与建造的实践。至于为什么选择亚克力作为建造材料, 主要是因为亚克力的棒材比木材要形制规整, 其通透和导光的效果也自然炫酷。