Stavební robotické systémy

Abstract

Disertační práce zkoumá architektonické stavební systémy založené na samostatně rekonfigurovatelných diskrétních blocích využívajících principů mobilní, modulární a měkké robotiky. práce diskutuje rekonfigurovatelnou a automatizovanou architekturu. Ta je podpořena architektonickými manifesty a přístupem současného designu. Samosestavitelnost, samoorganizace a samoreplikace je popsána ve vztahu k jejich aplikaci v architektuře společně s principy, jako je molekulární samosetavování, inteligence hejna, či samoreplikující se stroje. Poslední částí teoretické části je přehled nejmodernějších modulárních a mobilních distribuovaných robotických systémů a měkké robotiky.Experimentální část zahrnuje vlastní návrh a vývoj systému s názvem MoleMOD. Ten představuje nový přístup v podobě modulárních rekonfigurovatelných robotů se sdílenými aktuátory. Tento systém je založen na rekonfiguraci pasivních diskrétních prvků nízkonákladovými roboty, které lze sdílet mezi moduly a konfigurovat je do 2D / 3D struktur podobně jako to dělají modulární robotické systémy. V těchto systémech lze jednotlivé moduly překonfigurovat do nejrůznějších forem prostřednictvím lokálních interakcí, kde je obvykle každý jednotlivý prvek plně mechanizovaný. Cílem MoleMOD je výrazně snížit vysokou cenu a složitost modulárních robotických systémů sdílením nižšího počtu mechatronických dílů a částečně nahradit tuhé mechanismy měkkými aktuátory. Koncept uvažuje životní cyklus stavby, kdy jeden systém může provést montáž, rekonfiguraci a demontáž s minimem odpadu.

This doctoral thesis investigates architectural building systems based on self-reconfigurable discrete blocks drawing from principles established in mobile, modular, and soft robotics. This thesis discusses reconfigurable and automatized architecture supported by architectural manifestos and contextualized contemporary design approaches. Necessary self-assembly, self-organization, and self-replication are described towards application in architecture accompanied by examples originating in nature such as molecular self-assembly and swarming systems. The last part of the theoretical part presents an overview of state-of-the-art modular robotic systems, mobile assemblers, mobile builders, and soft robotics.The experimental part describes the design and development of a self-reconfigurable system, MoleMOD, an approach for creating modular robots with innovative shareable actuators. This system is based on a reconfiguration of passive discrete elements using low-cost robots able to be shared between modules and able to be configured into 2D/3D structures like modular robots. In modular reconfigurable robot systems, individual blocks can reconfigure themselves into a wide variety of forms through local interactions. Typically, each single element is mechatronized. MoleMOD’s goal is to significantly reduce the high price and complexity of state-of-the-art modular robots by sharing a low number of mechatronic parts in form of novel robots using soft actuators. The concept anticipates the potential of reconfigurability in life-cycle management in which one system can achieve assembly, reconfiguration, and disassembly with minimal waste