科技照进现实 | 智能机器人协作铺砖系统掀起建筑领域的工业革命

在中国，生产链中的机器人革命正在大步向前发展，在我们熟知的能源、医疗、交通、城市服务等多重领域，智能化的变革已然拉开帷幕，在基础设施层、技术层、应用层形成了一套极具实践价值的逻辑闭环。在智慧城市建设热潮与建筑施工产业革新浪潮双重作用下，智慧工地的重要性逐渐凸显。

中科深谷CSPACE实时仿真控制系统助力西安某高校最新研发的智能机器人协作铺砖系统开启现代智能建筑产业新篇章。

▍背景
当前，建筑领域是劳动密集型、自动化程度低、作业环境复杂的行业，难以避免安全风险、生产效率、建设成本、吸引力弱的的困局。作为智能服务机器人的一种，建筑机器人是解决建筑行业低效率、高污染、高能耗的有效途径之一，充分利用智能技术和相关技术研发应用智能化机械设备，提高建造过程的智能化水平，推动现代智能建筑的升级发展。目前，作为智能建筑设备，机器人已经融入到建筑行业中的基础设施建设、房屋建设、装饰装修等多个领域，催生出包括建筑机器人、砌砖机器人、抹灰油漆机器人、铺瓷砖机器人、清扫机器人等多种产品。

图 |智能机器人协作铺砖系统模型图和现场图

▍痛点
在传统的工地中，施工必须在现场完成，但在现场中作业存在着建筑材料损耗高、人工效率低下、时间紧迫等问题，这样背景下，建筑机器人可以在场外进行预先构建和预先生产的模块化建筑取得迅速发展。但很多建筑公司、建筑高校在建筑机器人核心算法研究以及机器人实时运动控制器开发领域仍欠缺相关经验。面对作业环境恶劣、场景差异性大、施工面复杂多变等客观现实，建筑机器人在核心零部件以及核心算法的要求方面，与工业机器人等产品有很大差异。中科深谷CSPACE实时仿真控制系统在机器人控制器开发领域拥有丰富的研发经验以及成熟产品，在建筑机器人算法研究方向积累了多年的研究经验，控制器全开源。

▍解决方案
中科深谷以客户需求为导向，以技术能力为基础，为西安某高校提供专业详细的定制化解决方案。该方案通过采用CSPACE实时仿真控制系统，针对复杂的智能铺地砖机器人，构建精确的系统控制模型，以XY模组代替机器人移动的脚，节卡协作机械臂代替人工的手，视觉系统代替人的眼睛，控制系统代替人的大脑，整套系统完美模拟了建筑工人在实际建筑工作中的场景。工人从瓷砖盒里拿瓷砖，再抹灰，搬送到贴瓷砖处，轻轻放下，检查瓷砖贴入位置，最后轻压瓷砖的动作，确保瓷砖整齐严实。最大程度实现了智能建筑的工业化、智能化、柔性化、数字化。

智能机器人协作铺砖系统是基于CSPACE实时仿真控制系统和MATLAB/Simulink开发的教科研平台。其由机械臂本体（6个机械臂关节及其连杆和底座）、控制系统、铺砖工具、上位机和稳压电源组成。每个机械臂关节由谐波减速机、力矩电机、高精度绝对值编码器、高精度增量式光电编码器和伺服驱动器组成。

图 |  六轴协作机器人Simulink仿真图

智能机器人协作铺砖系统的特点和优势

• 开源成熟工业机械臂产品为实验载体，支撑机器人建模仿真、机器人运动学及控制、机器人动力学及控制等教学实验，以及科研领域的算法验证实验和打磨等高级应用的控制实验等；
• 控制器采用CSPACE进行开发，提供EtherCAT或CAN总线通讯接口可供选型，控制周期可以小到1ms。CSPACE操作系统版硬件基于ARM Cortex-A9，性能优良，运算能力强，采用Matlab/Simulink软件进行编程开发，可以更好更快地研究高级自动控制算法；
• 开源视觉系统：开源视觉系统使用Intel RealSense D435或D435i深度相机。该相机提供了多种语言版本的SDK，算法上可使用开源的OpenCV库进行开发，能够满足该项目的教科研需求；
• 开源视觉系统使用Intel RealSense D435或D435i深度相机。该相机提供了多种语言版本的SDK，算法上可使用开源的OpenCV库进行开发，能够满足该项目的教科研需求；
• 完善的系统开放性及定制能力，丰富的软硬件接口，支持EtherCAT、CAN、Ethernet等多种通讯方式采用研究人员自主的控制系统进行控制，也可以用系统自带的Simulink和ROS进行系统的开发；
• 提供丰富的应用场景：单臂操作，柔顺控制，力控装配，智能示教，柔顺拖动等。

“借助机器人的应用，在建筑行业把工人的工作效率提高50%。”近年来，在“智能建造与新型建筑工业化”的大背景下，建筑机器人及智能施工设备成为建筑行业关注的热点话题和重点领域，并且随着陶瓷行业自动化、智能化，从生产到质检再到包装搬运，很多工序都有参与。建筑机器人在未来的建筑行业中必将具有更加广阔的应用前景。而中科深谷智能机器人协作铺砖系统的出现，加快了建筑机器人转型的步伐。未来中科深谷将持续研发创新，为建筑机器人系统研发提供更加高效、专业的工具与技术支撑。

来源：中科深谷