NSTC 國科會 Parametric design Project Robotics

機械人參數化控制暨單晶片鋼筋彎折技術模擬教學機台整合應用開發

科技部學生計畫編號:MOST 110-2813-C-239-037-E

第四次工業革命來臨,無數科技與數位領域快速進步,其中亦包含建築產業,國際間興起的 BIM ( Building Information Modeling ) 與數位建築,透過具備系統化的材料管理以及參數化的外型設計,成為了近年來在建築與營建領域中最炙手可熱的發展方向。數位與參數設計其最大的特點在於必須仰賴精密的計算,傳統建築的主要結構多為垂直水平的梁柱系統,而參數設計則必須因應不同的設計對結構材料做特殊的塑形處利,而現階段使用的預彎鋼筋機皆為單一向度彎折,呈現鋼筋彎折向度以及成品外型自由度方面多有不 足,無法完善運用於特殊造型與結構之建築,因此,如何使鋼筋成品具有高度自由變化,並且符合全自動化生產,成為營建、BIM 與建築設計等跨領域之共同挑戰目標。本研究將結合微電腦控制輸送台以及機械手臂之高度自由 移動能力,設計出未來用於參數建築的新形態彎折鋼筋流程,建立於目前預彎鋼筋機之運作邏輯,並以機械手臂突破原有向度之限制,打造可應用於未來數位建築、公共藝術品…等,強調特殊性與非模組化的自動化生產系統。

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圖:機台與機械手臂模擬
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圖:機械手臂及自動化機台運作模擬
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圖:動態模擬系統
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圖:自動化機台實作

第四次工業革命使科技與數位領域有快速進步,BIM 建築透過系統化管理及參數化設計因應不同的結構做特殊的塑形,本案為解決現階段預彎鋼筋機所面臨單一向度彎折的困境,設法完善特殊造型與結構之建築設計製作,本研究結合微電腦控制輸送台以及機械手臂之高度自由移動能力,模擬設計出未來用於新形態彎折鋼筋流程,以機械手臂突破原有向度之限制,強調特殊性 與非模組化的自動化生產系統。
透過本次的專題研究,將機械手臂與自動化鐵絲輸送平台結合,開創更多元的鋼筋彎折流程模擬,目前專題研究因環境的限制以鐵絲模擬自動化材料輸送台與機械手臂的結合操作,但未來的發展之下,真正大型的鋼筋材料以及建築材料的運用可使自動化材料輸送台將現階段的鋼筋搬運過程所消耗的人力成本降低,並實際運用於數位建築設計,將其所需的獨特型態鋼筋以最精準的方式製作,大幅降低材料浪費與過大誤差值的產生。
隨著此項技術研究與落實在未來更加成熟,更可應用於建築結構外的相關產業,諸如公共藝術品的設計製作或是大型工業設計品,運作過程將如同以人手製作工藝品一般,依更直觀的方式對材料進行加工製作來完成設計作品。
自動化材料輸送台的設計上目前已 Arduino uno 版去開發,此型號的晶片板屬於較入門等級的晶片版,期望在未來發展的過程中,隨著更深入的探 討研究,欲以更高階的晶片版進行機台設計的改良,使其在運作與操作上都能夠有更好的體驗。

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圖:自動化機台與機械手臂實做測試
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圖:應用成果