麻省理工学院的机器人可以在半天内3D打印出一座建筑物

发布的丽莎哈维,2017年7月18日

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3D打印机已经成为“打印”一切事物的新闻，从食品到人造心脏，甚至是外星人的材料。现在，这项技术正在向一个非常大的方向发展。有房子那么大！3D打印机正在用于打印建筑物。

麻省理工学院媒介物质组的一个研究小组设计了一个可以3D打印建筑的机器人平台。这个名为“数字建设平台”(DCP)的自动化平台最近只用了半天时间就打印出了一栋建筑。整个167平方米的建筑只用了13.5个小时就建成了。根据中国科学院学报科学“这座建筑直径14.6米，是迄今为止由移动机器人3d打印的最大建筑。”

图片来源:Steven Keating, Julian Leland, Lev Cai和Neri Oxman/媒介物质组，麻省理工学院

数字化建设平台

这个由史蒂文·基廷博士领导的研究小组在《科学》杂志上发表了他们的研究成果机器人科学杂志．这篇论文,在建筑规模上实现现场专用和自给自足的机器人制造，描述了DCP。这是一个移动平台，使用坦克般的踏板进行机动。它还有太阳能电池板，可以为系统供电，可以在偏远地区使用。

DCP由两个机械臂组成:一个大型工业机械臂，上面附着一个较小的KUKA机器人。大手臂使机器人够得着。这只大型机械臂还配备了挖掘机铲斗，这样它就可以使用当地可用的建筑材料，比如土壤。KUKA机器人提供精确的控制，并可以安装各种工具，如泡沫和混凝土喷雾器，或专门的砂光工具。

(A)全系统配有挖掘机附件。(B) CAD效果图，俯视图。(C) CAD效果图，侧视图。图片来源:科学机器人。

与传统建筑和印刷技术相比的优势

该系统旨在提供一种更便宜、更安全的方式来创建结构。它克服了静态3d建筑的局限性，以及传统建筑工艺在劳动力和材料方面的劣势。

大多数3D打印机只能打印适合它们外壳的物体。这限制了他们可以打印物体的尺寸。相比之下，DCP是一个移动平台，可以在移动过程中打印，使其能够创建任意宽度和长度的结构。垂直延伸是唯一的限制。与传统的建筑方法不同，DCP可以创建任何形状的建筑，而传统的建筑方法会受到钢梁或木板等材料的限制。下图(A)显示的是DCP在行驶时打印出的直线墙。

机器人平台与附加材料运输拖车，在驾驶时打印。（B）根据姿势重复性特征绘制的测量轨迹图。（C）传感器线束连接到KUKA的末端。（D）光伏板、电液泵和液压控制装置的详细信息。图片来源：科学机器人。

控制机器人

DCP使用实时环境数据进行过程控制。DCP通过计算机使用安装在系统接头上的传感器的反馈进行控制。关节空间刀具轨迹是通过自定义工具生成的MATLAB工具链的基础上彼得·柯克的机器人工具箱。该团队还使用了来自激光传感器和自定义MATLAB脚本的数据，以确保机器人按照ISO 9283:1998标准操作。该数据的曲线图如上图（B）所示。