新科技速遞
本港建築工地自動化,取代人力的機械人,多數是機械臂和搬運AGV機器人。但是工地面積大,負重高,負責高空牆身等飛簷走壁工作,如何以機器人代勞?一直是問題。
處理大空間工程,一般靠搭建棚架和高空吊船。中文大學研究開發線控機械人,取代一些高空工作,負重較大,以往需技術人手,而危險性高、工作環境惡劣的工種。線控機械人甚至應用在校內建築項目,創作較難以人手完成的建築作品。
高空運作來去自如
研究項目負責人、中大機械與自動化工程學系劉達銘教授博士論文,就是研究線控機械人。項目獲創新科技基金贊助,試驗應用在政府項目。
中大工程及建築專家合作研發的全自動化多功能線控機械人系統,以機械夾爪、以數根纖幼的纜線及絞盤,用於砌磚、搬運,甚至是清潔和髹油。
線控機械人優點為承重力遠比無人機為高,原理上似建築用天秤,分別以8根線同時拉動。「馬達同步協調一致,機械人靈活自如,下一步建立輕便支架,甚至可摺疊,輕便易於裝拆可攜帶支架,快速在工地搭建,部分場景亦可利用現有支點。」劉達銘說。
取代危險工種
線控機械人立體空間快速移動,半空以不同機械完成各種動作,如抹玻璃牆幕,甚至外牆掃髹上圖案,安放摏柱和灌漿等,外國亦研究以線控機械人3D打印建築;實驗也取代危險工種;正與渠務署合作,清潔大型的污水箱。
劉達銘表示線控機械人可於大範圍操作,以抹窗機械人來說,4個支點就可工作。團隊正與香港創新科技局合作,試驗抹窗及髹油機械人,並研究商業可行性。抹玻璃牆幕屬高危行業,作業艱苦,工人高空吊船上作業,願意入行工人愈來愈少,急須自動化取代人力。
「吊船高空上工作,須逐日購買適當保險;按經驗和工種計算,極之麻煩,吊船上日曬雨淋,技術員從地面控制機械人,即使不全自動化,危險性也大減。」
線控機械人編程計算每條線伸縮長度;數學上線控機械人分析複雜。「線控機械人可通過控制器或高階ROS作業系統編程,只是控制數學原理則不一樣。」
針對複雜建築設計
線控機械操作的另一優點為結合電腦,以往建築外形設計複雜,以人手施工較難完成,除了考慮成本,也難絕對精確,維護成本亦高。香港西九龍文化區Norman Foster天幕獲獎設計,就因維護成本過高被迫放棄。
中大機械與自動化工程學系與建築系合作,裝組「CU-Brick」線控砌磚機械人系統,現正於香港科學館展出,纜線和絞盤輕便,拆卸和安裝簡易,不同建築材料均能可應用這套系統,包括了木材、磚塊、水泥。
建築師只把設計藍圖、規則等輸入電腦,系統計算每一磚塊對應位置,以纜線和機械夾爪,精準完成砌磚及相關工程,確保結構穩妥。
中大亦以「CU-Brick」完成校園另一建築「再生園」工程。「再生園」位於逸夫學院,目前是令廢物重獲新生,設置了回收屋,收集書本、橫額、舊衣、玩具、電器、鐵罐及玻璃瓶等廢棄物品,鼓勵再用或轉贈。
「再生園」由建築系設計,亦難以人手製作結構,展示線控砌磚機械人優點,完成複雜設計人手難完成建築,又不導致成本上升,對於未來建築業,甚有啟發性。