摘要：介紹了建筑機器人在我國與國外的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了建筑機器人研發(fā)的關鍵技術，提出了未來建筑機器人的發(fā)展方向。

關鍵詞：建筑機器人;發(fā)展現(xiàn)狀;關鍵技術;發(fā)展方向

0 引言

目前我國建筑業(yè)雖然發(fā)展迅速，但是機械化、自動化程度比較低，建筑業(yè)屬于高危行業(yè)，存在安全事故多、勞動生產率低下、勞動力短缺等問題。因此，大力發(fā)展建筑機器人能在一定程度上解決建筑業(yè)面臨的困境。建筑機器人既可將建筑工人從危重的建筑環(huán)境中解放出來，保障工人的生命安全，又能提高建造施工的效率，一定程度上解決了勞動力短缺的問題。

1 建筑機器人發(fā)展現(xiàn)狀

國外對建筑機器人的研究較早，主要以發(fā)達國家為主，建筑機器人技術發(fā)展比較成熟，部分機器人甚至已經實現(xiàn)商業(yè)化生產。

美國Construction Robotics公司的SAM100砌磚機器人采用半自動化工作模式，是世界上第一款真正投入現(xiàn)場砌筑工程的商用機器人，主要用于配合工人完成砌筑作業(yè)，減少了工人的磚料抓舉作業(yè)，據統(tǒng)計每臺砌磚機器人可提高3～5倍的墻體砌筑效率，實現(xiàn)高效砌磚目的。澳大利亞Fastbrick Robotics公司的Hadrian109砌筑機器人可以根據3D計算機輔助設計系統(tǒng)繪制的住宅形狀和結構實現(xiàn)自動砌磚，能夠連續(xù)24 h工作，只需2天時間就能建起整棟住宅[1]。韓國機械與材料研究院（KIMM）開發(fā)的WallBot被用來進行外墻施工，實現(xiàn)墻體粉刷、平整和清潔等作業(yè)。瑞典nLink公司的Mobile Drilling Robot鉆孔機器人被用來進行混凝土天花板的測量和鉆孔工作，通過專用APP設置孔徑、孔深等參數(shù)，便可在指定位置打孔，能夠達到毫米級工作精度。新加坡未來城市實驗室聯(lián)合ETH Zurich開發(fā)的MRT機器人能夠完成地瓷磚鋪貼作業(yè)[2]。新加坡Transforma Robotics公司開發(fā)的PictoBot墻面噴涂機器人、QuicaBot建筑質量檢測機器人目前正在進行真實環(huán)境施工測試。美國Doxel公司研發(fā)了施工監(jiān)控管理機器人，基于人工智能的計算機視覺軟件，根據數(shù)據掃描為項目管理人員提供建設項目全程的進度追蹤、預算和質量方面的實時反饋，能夠將項目的建造效率提升38%，整體造價降低11%。

我國的建筑機器人研究起步比國外晚，相對于以前主要集中在大學和研究所的情況，現(xiàn)在有越來越多的企業(yè)參與到該領域中。

比如，由哈爾濱工業(yè)大學研發(fā)的壁面清洗爬壁機器人，適用于高層建筑的瓷磚表面以及玻璃幕墻的清洗工作[3];河北工業(yè)大學與河北建工集團合作研發(fā)了C-ROBOT-I建筑板材安裝機器人，可以做到大尺寸、大質量板材的自動干掛安裝[4];碧桂園集團旗下的博智林機器人公司研發(fā)了多種對應不同工種，比如地磚鋪貼、墻紙鋪貼、內墻板搬運和室內噴涂等的建筑機器人，目前都已經進入建筑工地進行測試。

2 建筑機器人的關鍵技術

2.1? ? 空間軌跡規(guī)劃

由于建筑內空間大小不是標準的，建筑內部也存在各種各樣的障礙物，機器人作業(yè)空間有限，作業(yè)環(huán)境復雜，要求建筑機器人能夠自動識別建筑物體，自動規(guī)劃作業(yè)路徑，要在有限的建筑空間內實現(xiàn)自動軌跡的規(guī)劃。

2.2? ? 多傳感器應用

建筑機器人工作的前提是識別周圍環(huán)境，而各種各樣的傳感器能幫助機器人在非結構的建筑環(huán)境中識別各種類型的場景。例如：需要識別物體大小、空間范圍及行走過程中遇到的障礙物、溫度、壓力等，可能需要將雷達、紅外傳感器、壓力傳感器以及溫度傳感器等結合在一起，才能讓機器人有效識別自身所處的環(huán)境。

2.3? ? 非穩(wěn)定基礎的精確作業(yè)

建筑工地跟工廠環(huán)境不一樣，建筑工地的路面可能是坑坑洼洼的軟泥土路面，存在砂石、鋼筋、混凝土等，機器在這樣的路面作業(yè)會存在很大的干擾，時刻都在調整，且要求機器人能夠在目標位置上精確定位，穩(wěn)定作業(yè)。總而言之，建筑機器人擁有快速響應、精確定位的性能是工作的必要條件。

2.4? ? 機器人施工工藝

傳統(tǒng)建筑工人施工具有很強的靈活性，有經驗的建筑工人能夠快速處理好建筑墻角的粉抹不平，門窗框與墻體間隙大等問題。因為建筑機器人不具備建筑工人的靈活性，所以建筑機器人的施工不是簡單復制人的施工方法，在沒有成熟經驗借鑒的情況下，需要探索出機器人的施工工藝，才能更好地提高施工效率。

2.5? ? 多機調度協(xié)同作業(yè)

基于建筑空間存在多種機器一起作業(yè)的情況，很容易形成空間的非同步性，導致建造資源調度性質各異、相互牽制，因此需要建設一個多機調度協(xié)同作業(yè)平臺，根據各作業(yè)空間的建造資源協(xié)同特點，統(tǒng)一協(xié)調調度機器設備、人員和資源，實現(xiàn)作業(yè)空間、時間的最優(yōu)化。

3 建筑機器人發(fā)展方向及建議

3.1? ? 持續(xù)攻堅建筑機器人關鍵技術

建筑機器人與工業(yè)機器人相比，工業(yè)機器人是固定進行操作的，物料是移動配合的，而建筑機器人是移動作業(yè)的，建筑物是固定被施工的[5]。所以建筑機器人要求有可移動的靈活性和較大的工作空間，需要在約束的空間內完成特定的建筑作業(yè)工序。目前需要鼓勵相關的科研單位、企業(yè)持續(xù)地攻克建筑機器人的關鍵技術，建筑機器人一定會有質的飛躍。

3.2? ? 研究新型建筑材料和結構

目前的建筑機器人主要根據傳統(tǒng)的建筑材料去設計和施工，而傳統(tǒng)的建筑材料不一定適合建筑機器人施工，因此要敢于突破材料的限制，可以根據建筑機器人的特點以及施工工藝，研究新型的建筑材料或者建筑結構。

3.3? ? 擴大機器人在建筑業(yè)中的應用比例

當前一些建筑機器人在不同的領域得到了不同程度的應用，但是大多礙于機器人采購成本高、需要專門操作技能的人才、維護成本高等沒能得到大規(guī)模應用。對于建筑機器人的研發(fā)，需要結合建筑建造和機器人技術，因此對于擁有房地產開發(fā)和機器人開發(fā)經驗的公司具有比較大的優(yōu)勢，大型房地產企業(yè)擁有豐富的建筑應用經驗和龐大的建造需求，擁有量大面廣的工地，可以為機器人研發(fā)提供實驗場所，直接在工地進行研發(fā)測試;機器人開發(fā)公司擁有機器人開發(fā)的軟硬件人才和設計經驗，可以通過政策鼓勵雙方深入合作，推動機器人在建筑業(yè)的應用。針對機器人的應用推廣使用，可以加速傳統(tǒng)建筑設備的機器人化改造，提高設備綜合效能，讓建筑企業(yè)樂于使用機器人;加快現(xiàn)有機器人技術在建筑業(yè)的應用，讓技術較為成熟的產品走出實驗室，進入工地測試，加快迭代速度，促進建筑機器人逐步商業(yè)化。

3.4? ? 加大建筑機器人領域的人才培養(yǎng)

目前國內對于建筑機器人設計人才的培養(yǎng)課程很少，出現(xiàn)懂建筑設計和建造的人不懂機器人設計，懂機器人設計的人不懂建筑方面的知識的尷尬局面，沒有很好地把建筑跟機器人領域的技術結合起來，因而限制了建筑機器人的發(fā)展以及建筑業(yè)的轉型升級。因此有必要加大對建筑機器人領域的教育投入，專門培養(yǎng)高素質復合型人才。

4 結語

隨著國家大力發(fā)展機器人政策的推動以及建筑機器人關鍵技術的不斷突破，未來建筑機器人必定具有無限的發(fā)展?jié)摿?，不僅可以促進建筑機器人在建筑業(yè)的推廣和應用，還能實現(xiàn)建筑業(yè)的安全、高效、可持續(xù)發(fā)展。

[參考文獻]

[1] 李朋昊，李朱鋒，益田正，等.建筑機器人應用與發(fā)展[J].機械設計與研究，2018，34（6）：25-29.

[2] 劉海波，武學民.國外建筑業(yè)的機器人化——國外建筑機器人發(fā)展概述[J].機器人，1994（2）：119-128.

[3] 李念勇.智能建筑機器人與施工現(xiàn)場結合的探討[J].建筑，2019（1）：36-37.

[4] 林治陽.建筑機器人在我國建筑業(yè)企業(yè)中的應用障礙及對策研究[D].重慶：重慶大學，2017.

[5] 蘇世龍，雷俊，馬栓棚，等.智能建造機器人應用技術研究[J].施工技術，2019，48（22）：16-18.

收稿日期：2020-03-01

作者簡介：周炎生（1992—），男，廣東茂名人，助理工程師，研究方向：機器人驅動與控制。