【干货｜特种机器人关键技术论坛】建筑施工机器人设计基础理论与关键技术

    中国被称作建筑大国，拥有世界上最大的建筑市场。建筑业作为中国的支柱产业所需人工多，逐步面临劳动力极其短缺的问题。随着人工智能等技术发展，为建筑工业化及智能建造的发展提供了可能。建筑机器人是支撑智能建造的重要装备，然而作为支撑建筑产业未来的建筑机器人，并没有得到大家的充分关注。5月11日，中关村融智特种机器人产业联盟在浙江余姚借力第五届中国机器人峰会举行了特种机器人关键技术论坛，邀请河北工业大学机械工程学院院长、机器人及自动化研究所所长李铁军教授就建筑产业的未来——建筑机器人进行分享。

河北工业大学机械工程学院院长、机器人及自动化研究所所长李铁军

李教授在建筑机器人领域坚持思考与布局超过十余年，他认为机器人时代已经走来，建筑产业升级势在必行。在开场中李教授分享了个人对人工智能和机器人的一些思考，一是从认知的角度来讲，机器人要具备智能，就应该具备视听触嗅味等各种感知能力；二是从感知的重要程度分析触觉将是继视觉、听觉之后的下一个风口；三是从人工智能要落地及推动建筑工业化发展的责任与义务的角度谈从事建筑机器人研究的原因。

一、建筑施工机器人的市场分析

建筑施工机器人的需求量是由多种因素所影响的。首先，2017年建筑业总产值21万亿，中国的经济体量大；其次，16年建筑业从业人数5185.24万，需求人工量大；而且，年轻人占比例小，80后和90后各占比20.4%和10%，60后和70后分别占比27.3%和32.1%，年龄现断层；工资增长速度也有影响，对于年轻人来说，月入六七千难吸引年轻人；除此之外，工作环境以及技术水平也是影响建筑施工机器人需求量的因素。

二、建筑机器人的应用

建筑机器人的开发应用始于20世纪80年代，以日本最为领先。韩国、美国、德国、西班牙等的建筑机器人发展迅速。而且目前对于极限环境下智能建造（NASA）也越来越被重视。建筑机器人应用在四个方面：设计、建造、破拆、运维。设计方面，主要指Autodesk，目前一直在筹划如何让机器人来代替CAD，成为设计师的合作伙伴，而不是单纯满足于成为设计师的辅助工具。建造方面是建筑机器人需求量最大的一部分，涉及到所有工艺的机械化、自动化与智能化。分为工厂和现场两个领域。运维方面是建筑机器人的持久性应用领域，涉及到管道检测、安防、清洁、管理等众多运行维护的场合。破拆方面是除了爆破以外，未来大型建筑的破拆、资源再利用将是未来巨量建筑的一个难题，机器人将派上用场。

三、建筑施工机器人的关键技术与设计基础

建筑机器人与工业机器人相比主要特征有所不同。对于工业机器人而言，机器人是固定的，物料是移动的；而建筑机器人是机器人移动、建筑物固定。建筑机器人主要技术要求为具有移动功能或有较大的工作空间、具有较大的承载能力、运动具有空间约束性和时变性、具有交互智能和环境适应性。

建筑施工机器人共性关键技术包括：高承载能力的机器人机构设计、人机交互意图理解与协调控制、约束空间下的轨迹规划与增强现实技术传感器的环境适应性（视觉的环境适应性）、非稳定基础的精确作业。

在现场装配作业中，由于存在作业空间、设备自重等约束问题，约束空间下大承载能力的机器人机构设计是当前的主要研究方向。目前，主要面临两个问题，分别是建筑施工机器人构型设计原理与运动性能优化、机器人能耗最优运动控制机理。

四、已经开展的研究工作

从2006年开始做863项目、支撑计划，成立了协同创新中心，联合企业做了很多的工作。目前，为了解放4000万农民工高强度的生产力，让农民工向管理工人一样体面的工作，李教授带领的团队正在以一种时代的情怀逐步将一些成果落地，努力实现建筑机器人真正的产业化，为势在必行的建筑产业升级而努力！

【李铁军教授心语】劳动力资源短缺、劳动生产率低、劳动强度大、施工安全差、信息化与智能化低，是我做建筑机器人的原因。建筑工业化是趋势，像生产汽车和手机一样盖房子是我的愿望！