一文了解建筑机器人

传统的砖瓦堆砌和混凝土浇筑涉及到大量的人力和劳动力资源，不仅费时费力，而且容易受到人为因素的影响。然而机器人技术的引入使这些工作变得更加高效和精确。机器人技术在建筑中将起到革命性应用；虽然建筑机器人还未大面积普及推广，但作为硬件产品经理的小伙伴有必要对建筑机器人有一定的认知。

　　头豹研究院在《中国人工智能在房地产行业中的应用研究报告》中指出，2025年，中国建筑机器人行业市场规模预计达7.0亿元。虽然看似市场规模不大，但科学技术的进步逐渐替代人工的趋势已经势不可挡。

一、应用场景

　　建筑机器人可分为施工现场人工替代机器人：喷涂机器人、焊接机器人、砌墙机器人、墙/地面施工机器人、清拆/清运作业机器人、3D打印建筑机器人、装修建筑机器人、维护建筑机器人、救援建筑机器人等。以及工厂内进行装配式生产机器人。
　　其研究起源于日本，1982 年日本清水公司开发的一台耐火材料喷涂机器人，被认为是首台建筑施工机器人，同公司的多功能行走车可以修平和磨光楼板表面，并自动躲避墙壁和立柱。
　　1994 年，德国制造了墙体砌筑机器人，1996 年，制造了混凝土施工机器人。2014 年，新加坡开发了地瓷砖铺设机器人。
　　瑞士建筑工具制造商Hilti推出的一款BIM驱动的建筑工地机器人Jaibot。这款半自主机器人旨在协助机械、电气和管道承包商进行天花板钻孔应用，并帮助解决生产力、安全和劳动力短缺的挑战。
　　我国建筑机器人研究起步较晚，但在政府、高校、科研院所、企业的共后努力下，发展迅速，如哈尔滨工业大学制造的遥控壁面爬行机器人;山东矿业大学制造的喷浆机器人;河北工业大学开发的室内板材安装机器人等，都在建筑施工现场得到应用。
　　碧桂园通过建筑机器人在地面整平、楼层清洁、通用物流、室内喷涂等建房方面，已分别在顺德和阳江等地项目上使用，施工质量得到甲方、总包方、监理方共同验收认可。
　　来自佐治亚理工学院的欧特克技术中心正在开发一种无人机系统，可以连接钢筋交叉口，这是建筑工地上最乏味、最耗费体力的劳动之一。无人机巨头DJI刚刚发布了一款新型农业无人机，具有强大的喷洒能力，并可用于建筑工地。DJI AGRAS T20 可携带高达44磅的喷嘴，投射距离达23英尺。其全向雷达可以从所有水平方向跟踪物体。DJI AGRAS T20无人机较高的有效载荷能力也适用于建筑工地，能够为屋顶喷漆。
　　目前，建筑机器人的研发主要包括三个层次，第一层次是现有机械改造，对于广泛使用的挖掘机、推士机、压路机、渣土车等机械进行改造，实现远程遥控操作，自主导航，无人驾驶等，这是建筑施工智能化的一条捷径;第二层次是对即有机器人的应用，如传感器、无人机、视觉技术等应用于建筑施工各个环节，这是现阶段建筑施工智能化程度的有效途径，第三个层次是推动建筑专业机器人的研发，这是未来的发展方向。

1、加速传统建筑设备的机器人化改造

　　对现有的建筑施工设备进行机器人化改造，是发展建筑机器人技术并使其快速投入应用的一条捷径。
　　例如，对于建筑用工程施工车辆，如挖掘机、推土机、压路机、渣土车等，可基于遥操作、自主导航与避障，路径规划与运动控制、智能环境感知、无人驾驶等技术对其进行改造，实现相关车辆操作的遥控化、半自主化，甚至完全自主化，减少操作人员的工作负担、优化工作环境、提升作业安全性和效率，推进施工作业的标准化和精细化。参照这一模式，亦可考虑对塔吊、起重机等提举系统进行遥操作改造，通过远程遥控操作彻底解除施工人员的安全威胁。

2、促进既有机器人技术在建筑业中的应用

　　目前研发的很多机器人技术均属于通用技术。它们在建筑业中具有广阔的应用前景。例如，在环境感知与建模方面，可利用无人飞行器(UAV)、轮式/履带机器人等移动平台搭载激光雷达，结构光摄像头、3D 视觉等环境感知设备，基于多源信息融合、同时定位与地图创建(SLAM)等环境建模技术，实现建筑物内外结构及周边环境的自主列绘与 3D 建模；利用 UAV 并配合 SLAM技术，实现土方开挖、废料清运及结构物施工进度及工程量的实时监测，为大尺度施工作业中多设备任务优化与协调提供铺垫。再如，基于机械手，移动机器人底盘搭建的通用移动操作平台，有望替代人工完成诸如砌筑、抹灰、平整、抛光、编织、铺贴、钻孔等多种操作。

3、大力推动建筑业专用机器人系统研发

　　建筑业有其独有的特殊性，故通用技术不可能解决所有问题。为了能够更好地实施营建，根据建筑业之特性研发专用建筑机器人，是极其必要的。例如，3D 打印建筑机器人的突出代表“轮廓工艺”技术，针对房屋施工的各种特殊需求，进行了有效的针对设计，最终才成就了该系统直接打印包括水电管线在内的完整房屋的能力。喷浆机器人、ERO 混凝土回收机器人等，均是针对建筑业的特殊需要定制研发的。这一方面的工作，后续要进一步加大力度。

二、关键技术

　　建筑机器人行业产业链上游为减速器、伺服系统、控制器、传感器等核心零部件的生产；中游为建筑机器人本体生产；下游主要包括系统集成商、工程施工与装修、建筑工程管理等应用领域。
　　 伺服电机 ：由变频技术为基础发展而来，以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，进行精确快速，稳定的速度与位置控制。对关节驱动电机要求严格，国外品牌占据了我国伺服市场近80%的份额。
　　占总成本20%，机器人的执行单元，用电机产生的力矩和力驱动机器人关节进行各种运动。日本和欧洲企业占据我国伺服市场主导地位，市场份额超70%。近年来我国伺服自主配套能力已现雏形，本土中小功率伺服电机以逐步实现进口替代，因产化率约为20%。
　　 控制器 ：根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，以机器人控制算法的处理方式分类，可分为申行，并行两种结构类型。可比做机器人的“心脏”，通常由机器人厂家自主设计开发，与国外产品差距小。
　　占总成本15%，决定机器人性能的关键，是机器人的“心脏”，用已编程的系统接收信号并向各单元发出指令从而控制各单元的运行。控制器门槛相对较低，国内外差距较小。硬件部分国内产品已可满足大部分需求，软件部分日本“四大家族”仍占据领先地位。
　　 传感器 ：可分为内部传感器和外部传感器，包括视觉系统，听觉系统，触觉系统，嗅觉系统等，用于检测机器人所处环境及感知事件状况。可比做机器人的“感知器官”，美国、日本和德国产品占我国70%的市场。
　　占总成本2%，机器人的“感知器官”，获取内外部环境状态信息，是建造机器人高效作业的重要部件。当前市场由美国，日本和德国企业主导，中游企业依赖进口传感器。中国企业产品主要面向中低端领域，研发力度仍需加强。
　　 减速器 ：连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常将电动机，内燃机等高违运转的动力通过输入轴上的小齿轮，啮合输出轴上的大齿轮，以达到减低转速，增加转矩的目的。能精确控制机器人动作并传输更大的力矩，日本产品占我国75%的市场。
　　占总成本30%，用来精确控制机器人动作并传输更大力矩，是机器人的核心。目前减速器市场高度垄断，由日本企业纳博特斯克和哈默纳科主导，市场占有率75%，精密RV减速器国产化低，我国中游机器人研发制造商严重依赖日本进口产品。
　　感知系统：语音识别、位置识别、机器视觉、运动感知
　　决策技术：SLAM技术、机器学习
　　控制系统：运动控制、力控制、智能控制
　　交互分析：界面交互、体感交互、语音交互
　　协同加工系统
　　激光定位系统
　　高柔性化的生产加工：六轴机械臂搭配外部轴导轨及外部轴旋转平台，满足大尺寸、复杂造型构件的多维度加工，同时确保加工精度
　　自主导航与定位技术

三.国内外入局公司及其业务模式（排名不分先后，信息来自公司官网）

1.大界机器人

　　ROBIM软件平台
　　 数据打通 ：连接建筑的数字化设计与工业化生产，打通建筑BIM数据与工业机器人的运动控制，使机器人可以迅速识别建筑的几何信息。
　　 设备连接 ：兼容多种品牌工业机器人、数控机床、末端执行器以及移动设备，通过搭载视觉及其他工业传感器，提供离线和实时的仿真模拟。
　　 自动化工艺包 ：提供多样化的建筑材料与建造工艺的数据库，并实时在线更新，如建筑节点优化设计、末端工具的自动适配、加工路径的动态规划等
　　钢结构切割机器人
　　在RoBIM中批量导入图纸，自动生成三维模型并匹配坡口参数，简化工艺员在二维软件中对各个工件进行标注的工序，满足集中编辑，直观查看，统一生产；针对液压支架零件的少批量多批次的生产模式，提供双工位切割站，机器人在两个工作站之间交替作业，人员上下料与机器人切割无缝衔接，极大提高生产效率。针对超长工件切割，提供定制化案例可满足规格8-10米的液压支架所涉及的超长工件的加工；自研的视觉算法，可定位工件的所处位置及摆放姿态，节省上料插拔限位钉销的时间，工件无需摆正也可自动识别加工。同时视觉算法可精准识别来料的实际尺寸与图纸的偏差，重构加工轮廓，更正机器人切割路径，匹配最优算法，实现最佳切割效果。
　　钢结构打磨机器人、钢结构焊接机器人、木结构机器人加工中心
　　 模具机器人 ：大界模具机器人通过智能化地结合工业机械臂的切割与雕刻技术，满足建筑复杂形态构件及大尺度建筑产品的多维度铣削加工，可应用在基于GRC、GRG、FRP、UHPC、碳纤维等复合材料的建筑内外立面系统、城市家具、艺术雕塑和家具等场景。
　　 3D打印机器人 ：适用于生产金属和混凝士构件的模具、城市家具、景观装置和建筑小品的-站式制作，通过自主研发的3D打印软硬件系统，可动态实现参数的实时修正和累积误差补偿高质量高精度地完成建筑产品的无人化生产。
　　 胶囊工厂 ：拥有三维成型中心、减材制造与物料运输系统、集群式柔性产线

2.固建机器人

　　 建筑钢结构智能生产线 ：通过积放式辊道将整张板料输送到表面处理单元，通过钢丝刷辊将板材表面浮锈去除干净，钢丝刷辊上下间隙可通过程序控制自动调节，以适应不同板厚的表面处理；表面处理后，板材进入切割下料单元，该单元通过CAM软件对CAD图形或三维模型处理，实现不同形状和板厚的自动切割；切割好的零件被辊道送至下料平台后由桁架机械手通过激光视觉定位系统，自动识别物料位置并抓取到指定位置存放或进入到铣边倒角单元；铣边倒角单元可通过板材宽度和厚度检测系统，自动调节动力头之间的间距，来实现不同规格零件的铣边倒角，通过控制系统预设参数，只选择加工类型就可实现产品加工。此线可为后续智能焊接线提供较为标准的零件，从而使焊接产品精度进一步提升，也能减少一定的焊接变形；该线也可通过增加龙门桁架机械手、激光视觉定位、AVG牵引车实现原料板材的自动转运和上线。
　　建筑爬架自动化生产线、建筑铝模板自动化产线、工具运输机器人、地面划线机器人、墙面抹灰机器人、地面铺砖机器人、挖掘机器人、智能塔机、3D打印机器人、无人机质量监控。

3.蔚建科技

4.盈创科技

　　全球较早真正实现3D打印建筑的高新技术企业，盈创研发出一系列运用3D打印技术的新型绿色建筑材料GRG、SRC、盈恒石、FRP、建筑打印油墨和3D打印建筑。

5.博智林

　　博智林自研建造全周期多类型建筑机器人，系统化提升安全、质量、效率等建造全过程综合效益。如，测量机器人、建筑清扫机器人、智能随动式布料机、地面平整机器人等。
　　 全产业链服务 ：数字科技以BIM为核心全面赋能房产、设计、生产、施工、物管等全产业链客户。通过自主研发的BIM软件、AI产品及基础技术平台，为全产业链提供智能建造整体解决方案。 目前或处于研发状态。
　　博嘉拓建筑将以机器人替代人工，减轻建筑施工工人的负担，增加工地的安全性，提高工程质量为愿景，始终秉承“合法合规为前提，安全质量是底线”的宗旨，注重精品打造。致力成为碧桂园集团总承包的排头兵，成为国内一家由顶尖机器人技术引领的总承包单位。
　　广东筑华慧建筑科技有限公司于2021年1月正式成立，公司专注于智能建造，依托博智林建筑机器人、BIM/数字化、新型装配式产品体系优势，探索建筑业发展前沿模式，赋能传统产业转型升级。

6.筑橙科技

　　智能外墙喷涂机器人是服务于外墙涂料施工的特种建筑机器人，实现了高空无人化涂料施工。基于风控稳定算法和独特的喷涂结构设计，已具备喷涂全体系涂料功能，可以实现更高效的底漆、中涂、面漆（包括平面多彩）、罩光漆自动化喷涂。模块化设计和高可靠性的工业控制系统，大大降低施工安全风险，操作更为简单方便，降低对操作人员的能力要求。

7.筑石科技

　　激光地面平整机器人、地面抹光机器人、建筑测量机器人

8.Construction Robotics

　　MULE (Material Unit Lift Enhancer) is lift-assist equipment designed and built to handle and place heavy material on construction sites. It improves the safety and efficiency of your whole team.MULE是为处理和放置建筑工地上的重物而设计和建造的升降辅助设备。它提高了你整个团队的安全和效率。
　　SAM is a bricklaying system designed and engineered to make the process safer and less physically demanding. SAM是一个砌砖系统，它的设计和工程使砌砖过程更安全，对体力要求更低。

10.逆动科技

11.梅卡曼德

　　Mech-Viz 新一代机器人编程软件，可视化、无代码的编程界面，一键仿真。内置轨迹规划、碰撞检测、抓取规划等智能算法，可支持国内外众多主流品牌机器人。
　　Mech-Eye 工业级3D相机、Mech-Vision 机器视觉软件、Mech-DLK 深度学习软件、Mech-Meter AI 智能读表系统。