使用移动机器人进行3D打印单块混凝土结构

新加坡花了很多的时间和精力，在过去的几年里研究建设3D打印与混凝土材料。

两年前，由NTU机械与航空航天工程学院的助理教授Pham Quang Cuong带领的NTU新加坡3D打印中心（SC3DP）团队发表了一篇关于他们开发并发移动3D打印建筑机器人的工作的论文。这个想法是，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。

由于缺乏移动性和体积小等问题，限制了对3D打印的采用，并且使用同步移动机器人是开始解决可伸缩性问题的理想之地。但是现在，Cuong教授和他的团队正在将事情提升到一个新的高度。他们仍在使用移动机器人来实现“边走边打印”的方法，但他们开发了一个单机器人工业增材制造平台，该平台可以单独完成大规模的建筑印刷，而不是使用成对系统。

“我们的系统安装在移动机器人上。能够在太空中移动机器人基座的能力使我们的机器人能够打印比自身更大的结构。” Cuong教授解释说。“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。”

由Mehmet Efe Tiryaki，Xu Zhang和Cuong教授组成的NTU团队发表了一篇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 ”。

摘要写道：“建筑和构造最近已成为机器人技术的激动人心的应用领域。特别是材料配方和机器人技术的快速进步使机器人的3D打印混凝土成为现场施工的有希望的技术。然而，可扩展性仍然是广泛采用的重要障碍：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。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，提出的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。我们开发了一种实现移动打印范例的系统，该系统可以用一个机器人打印任意尺寸的单件结构。这种发展需要解决针对移动3D打印的运动计划，本地化和运动控制问题。”

该系统只需要一个机器人即可打印不同尺寸的单件结构，这也有助于确保更好的结构性能。

通常，无法打印比建筑3D打印系统的龙门立足距离宽的建筑材料。这是因为打印结构的尺寸受到以下三项之一的限制：机械臂的范围，门架的受限体积或使打印头能够沿特定轴移动的框架。但是NTU研究人员通过将工业机器人操纵器安装到带轮底座上，使他们的系统可以在任何方向上移动，只要它在平坦的表面上即可。然后使用软管将平台的机械手法兰喷嘴连接到泵。

为了实现协调一致的工作，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。

NTU研究小组声称，他们的移动打印系统可以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厘米更大。该系统可以显着提高3D施工打印的效率。但是，他们的工作尚未完成，因为系统仍然存在一些局限性，尤其是在工作区域不均匀的情况下。

Cuong教授解释说：“我们正计划向我们的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，并引导其实现高精度组装。”