Geometrically complex masonry structures (e.g., arches, domes, vaults) are traditionally built with expensive scaffolding or falsework to provide stability during construction. The process of building such structures can potentially be improved through the use of multiple robots working together in a cooperative assembly framework. Here a robot is envisioned as both a placement and external support agent during fabrication - the unfinished structure is supported in such a way that scaffolding is not required. The goal of this paper is to present and validate the efficacy of three cooperative fabrication approaches using two or three robots, for the scaffold-free construction of a stable masonry arch from which a medium-span vault is built. A simplified numerical method to represent a masonry structure is first presented and validated to analyse systems composed of discrete volumetric elements. This method is then used to evaluate the effect of the three cooperative robotic fabrication strategies on the stability performance of the central arch. The sequential method and cantilever method, which utilize two robotic arms, are shown to be viable methods, but have challenges related to scalability and robustness. By adding a third robotic agent, it becomes possible to determine a structurally optimal fabrication sequence through a multi-objective optimization process. The optimized three robot method is shown to significantly improve the structural behavior over all fabrication steps. The modeling approaches presented in this paper are broadly formulated and widely applicable for the analysis of cooperative robotic fabrication sequences for the construction of discrete element structures across scales and materials.


翻译:建筑这种结构的过程有可能通过使用多个机器人在合作组装框架内共同工作而得到改进。这里设想机器人在制造过程中既是安置的媒介,也是外部支持的媒介——未完成的结构以不需要脚架的方式得到支持。本文件的目的是展示和验证使用两或三个机器人的三个合作制成方法的功效,这些方法用于建造一个稳定的砖层,从中层库建起一个稳定的砖层;首先提出并验证一个代表一个混凝土结构的简化数字方法,以分析由离散体体积元素组成的系统。然后使用这种方法评价三种合作制成的机器人战略对中央拱门稳定性效果的影响。使用两或三个机器人制成的顺序法和罐头法证明是可行的方法,但具有与可伸缩性和坚固性有关的挑战。通过添加一个可大幅优化的数学结构结构结构结构结构结构序列,通过一个大规模优化的机器人结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构序列,可以确定一个大为最优化的模型和结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构序列。通过一个展示的三种方法,通过一个最优化的模型到整个结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构序列,它成为可能实现。

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