摘要：試想這樣一個(gè)世界：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且可持續(xù)的住宅不再是遙不可及的夢(mèng)想，而是觸手可及的現(xiàn)實(shí)。而實(shí)現(xiàn)這一愿景 卻面臨著兩大障礙：其一是建筑成本飛漲，其二是熟練勞動(dòng)力的嚴(yán)重短缺。加拿大初創(chuàng)企業(yè) Promise Robotics 應(yīng)運(yùn)而生，正如他們所說(shuō)，他們正在重塑預(yù)制：借助倍福先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)與人工智能（AI）控制的機(jī)器人解 決方案，實(shí)現(xiàn)高效預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)組裝效率最高可提升 70%。

總部位于阿爾伯塔省埃德蒙頓的Promise Robotics公司正在為建筑業(yè)帶來(lái)最智能、最靈活、最緊湊的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。該工業(yè)解決方案由基于云的專(zhuān)有軟件平臺(tái)提供支持，該平臺(tái)管理從規(guī)劃到工廠車(chē)間運(yùn)營(yíng)、調(diào)度和物流的整個(gè)生產(chǎn)生命周期。該平臺(tái)引入了住宅建筑工廠即服務(wù)的創(chuàng)新理念，與傳統(tǒng)方法相比，住宅建筑商有望將房屋的現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)間大幅縮短70%。例如，一棟單戶(hù)住宅可以在大約五個(gè)小時(shí)內(nèi)裝配完，一棟 64個(gè)單元的三層公寓樓可以在兩周內(nèi)裝配完。
“自動(dòng)化在建筑行業(yè)尚未普及，該行業(yè)仍屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)?！盤(pán)romise Robotics公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Ramtin Attar表示，“我們的目標(biāo)是構(gòu)建基礎(chǔ)技術(shù)，即一套具有可觀投資回報(bào)、且無(wú)市場(chǎng)應(yīng)用壁壘的自動(dòng)化系統(tǒng)。”

1 住宅建筑機(jī)器人帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)
開(kāi)發(fā) Promise Robotics 創(chuàng)新建筑系統(tǒng)帶來(lái)了獨(dú)特的技術(shù)挑戰(zhàn)。主要的障礙是需要一個(gè)強(qiáng)大、高性能的控制系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)處理對(duì)于精確的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和反饋控制至關(guān)重要。
“我們學(xué)到的重要經(jīng)驗(yàn)之一是如何使用感知技術(shù)處理生產(chǎn)過(guò)程中可能發(fā)生的材料變化?！盤(pán)romise Robotics軟件總監(jiān)Farid Mobasser解釋道，“必須向機(jī)器人提供反饋，并適應(yīng)可能破壞流程的獨(dú)特場(chǎng)景。這是一個(gè)持續(xù)優(yōu)化的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)— 我們通過(guò)測(cè)試和構(gòu)建不同的結(jié)構(gòu)、形狀并處理意外情況來(lái)提升我們的系統(tǒng)性能?！?br>另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的緊湊性和集成度。在空間有限的動(dòng)態(tài)施工環(huán)境中，最大限度地減少布線(xiàn)及復(fù)雜性對(duì)實(shí)現(xiàn)快速部署至關(guān)重要。

2 基于 EtherCAT 和 PC 的控制技術(shù)助力奠定堅(jiān)實(shí)的自動(dòng)化基礎(chǔ)
為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，Promise Robotics采用了倍福的多款核心產(chǎn)品，包括TwinCAT 3自動(dòng)化軟件、用于實(shí)現(xiàn)控制器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)腅therCAT系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器和I/O組件。TwinCAT為所有自動(dòng)化功能提供了一個(gè)端到端的開(kāi)發(fā)和Runtime平臺(tái)，從設(shè)備控制邏輯、運(yùn)動(dòng)控制到安全功能和HMI。 TwinCAT開(kāi)發(fā)環(huán)境使Promise公司的工程師能夠利用各種編程語(yǔ)言，包括結(jié)構(gòu)化文本、梯形邏輯和C++來(lái)快速構(gòu)建穩(wěn)健的應(yīng)用程序。
EtherCAT 能以最小的延遲處理實(shí)時(shí)通信，這是精確控制機(jī)器人的關(guān)鍵要求。該高性能現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)無(wú)縫集成運(yùn)動(dòng)控制、安全功能及其它設(shè)備組件，確保實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率，使復(fù)雜的建造系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中平穩(wěn)運(yùn)行。
“EtherCAT 的靈活性和可擴(kuò)展性是我們技術(shù)選型時(shí)的

關(guān)鍵決策要素。它是目前速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，配合倍福提供的完整硬件產(chǎn)品，從CX2043嵌入式控制器到各類(lèi)I/O組件，乃至包含電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、電纜在內(nèi)的全套驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，構(gòu)成了完整的解決方案?！盤(pán)romise Robotics硬件總監(jiān)Darren Brix指出，“這套交鑰匙解決方案顯著優(yōu)化了工藝流程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。EtherCAT能夠簡(jiǎn)單高效地構(gòu)建出高度協(xié)調(diào)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的工業(yè)級(jí)解決方案?！?br>倍福CX2043嵌入式控制器搭載主頻為3.35 GHz的四核AMD Ryzen?處理器，是控制系統(tǒng)的核心，可以無(wú)縫集成所有倍福I/O組件。它可與TwinCAT自動(dòng)化軟件配合使用，成為高性能PLC和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)支持32位和64位模式，提供高精度、確定性控制所需的短周期時(shí)間，以應(yīng)對(duì)這一高動(dòng)態(tài)環(huán)境中的挑戰(zhàn)。CP3924多點(diǎn)觸控控制面板采用CP-Link 4單電纜技術(shù)與工業(yè)PC連接，作為操作人員控制機(jī)器人系統(tǒng)的主界面。

3 分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制
倍福的AMI8122驅(qū)控一體伺服電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂和執(zhí)行器的精準(zhǔn)控制，它將伺服電機(jī)、輸出段和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口結(jié)合于一體，外觀小巧，節(jié)省安裝空間。Promise Robotics利用這款驅(qū)控一體伺服電機(jī)，構(gòu)建了一個(gè)與庫(kù)卡機(jī)器人配對(duì)的定制末端執(zhí)行器，以滿(mǎn)足不同結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸建筑構(gòu)件的高精度定位需求。作為倍福分布式驅(qū)動(dòng)解決方案的核心組件，AMI8122將驅(qū)動(dòng)技術(shù)從控制柜中“解放”出來(lái)，直接部署在設(shè)備上。這種設(shè)計(jì)顯著縮小了控制柜體積，減少了設(shè)備整體占地面積并縮短了電纜長(zhǎng)度，使其成為動(dòng)態(tài)建筑環(huán)境的理想選擇。
高速EtherCAT通信協(xié)議與TwinCAT 3 Drive Manager 2進(jìn)一步簡(jiǎn)化了實(shí)際施工場(chǎng)景中的系統(tǒng)實(shí)施和調(diào)試流程。由于安全至關(guān)重要，TwinSAFE端子模塊EL6900為所有設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。這款系統(tǒng)系統(tǒng)集成的EtherCAT端子模塊搭載TwinSAFE邏輯，能夠處理基于布爾值的安全應(yīng)用：通過(guò)功能塊處理安全輸入信號(hào)并生成安全輸出信號(hào)。此外，它支持連接多達(dá)128個(gè)安全設(shè)備，并具備備份和恢復(fù)功能，以便快速更換控制器，從而全面提升解決方案的可靠性與安全性。
4 未來(lái)藍(lán)圖
通過(guò)將倍福自動(dòng)化技術(shù)確立為標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)，并依托靈活、開(kāi)放的EtherCAT現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)，Promise Robotics顯著加快了研發(fā)周期并縮短了調(diào)試時(shí)間。這種標(biāo)準(zhǔn)化簡(jiǎn)化了維護(hù)工作，確保所有設(shè)備的一致運(yùn)行，并允許無(wú)縫集成新的創(chuàng)新技術(shù)，從而減少停機(jī)時(shí)間并提升生產(chǎn)效率。
“目前，我們專(zhuān)注于木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，這約占美國(guó)和加拿大住宅建筑的80%。但從根本上講，我們正在構(gòu)建一個(gè)面向機(jī)器人裝配任務(wù)的超大規(guī)模 AI 知識(shí)庫(kù)，其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)建筑裝配全領(lǐng)域的智能化升級(jí)?！盧amtin Attar在闡述行業(yè)變革所面臨的挑戰(zhàn)時(shí)說(shuō)道，“自動(dòng)化技術(shù)未能在這個(gè)規(guī)模達(dá)數(shù)萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)中普及有其深層原因：雖然已經(jīng)有一些成功的定制案例，但可擴(kuò)展性和快速部署能力一直相當(dāng)有限。我們的目標(biāo)是在非定制工廠中非?？焖俚夭渴疬@些系統(tǒng)，在那里客戶(hù)可以接管倉(cāng)庫(kù)，開(kāi)燈，并開(kāi)始實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)。”