增强现实和机器人手臂如何才能为建筑业助一臂之力
庞大的建筑行业仅在美国每年的支出就超过一万亿美元，从全球金融危机不景气之后开始反弹，现在已经占到美国 GDP 的4.3％（预计到2022年将达到1.5万亿美元）。
由于数字技术和机器人技术的进步，这个行业也发现自己已经处于一个充满了多种可能的敢于挑战自我的新世界，而在十年前这简直是难以想象的。既然2016年美国私人建筑的价值已经接近9000亿美元，您一定会认为建筑业将是第一个利用最新技术来节省时间和成本的行业，但工程师和建筑师 Lauren Vasey 对这条道路上的障碍却非常清楚。
“每个人都希望建筑行业更加数字化，但其实这里有如此多的障碍，”她说。“工作流程需要划分得更细，实施工程的单位也是由分工更细的单位和人员组成，如承包商、设计师和制作人员。然而他们之间并没有一个数字化的工作流程，各个组件之间也没有反馈。”
斯图加特大学计算机设计与建设研究所的研究助理 Ondrej Kyjanek（Vasey 的同事）说，这个领域正在期待一件人见人夸（“哇塞，这简直是登峰造极了。”）的事件发生。
协作式机器人工作台项目是 Vasey 和 Kyjanek 以及计算机设计与建设研究所团队成员 Bahar Al Bahar 和 Benedikt Wannemacher 的尝试，意在为建筑行业再创佳绩。协作式机器人工作台将衍生式设计的工作流程与库卡 LBR iiwa 机器人手臂结合在一起。该手臂有一个可用来抓取、移动和放置组件的钳夹。该项目是为2018年库卡创新奖而开发的。这是一项以真实世界互动为主题的年度机器人竞赛。
但这里的秘诀就在于增强现实（AR）的那个用户头盔。在材料和工序方面，增强现实在尝试替代方案并预先评估数据的同时，让用户以数字方式计划下一件的位置。机械臂的精确运动为下一个部件进行准确的定位；用户只需用射钉枪将其固定而已。
协作式机器人工作台出现在今年的汉诺威工业博览会上。在这次博览会上，正在进行的生产建造出了一个引人注目的木制雕塑。该设备承担了传统上用手工完成的任务，比如测量、搬运或抓拿，同时使用传感器不断进行扫描并对结构进行评估，以便跟3D模型进行对照。该软件利用对模型的了解甚至还能在增强现实头盔的视线中建议出下一个组件的最佳位置。“作为一名设计师，你可以影响到结构的最终形状，但你也可以选择影响制作的顺序，”Kyjanek 说。
通过从3D模型项目的大图像中获取信息，增强现实系统可以收集到无穷无尽的数据。机器人的关节铰的每根轴都装有扭矩测量传感器，能够显示出作用在每个关节上的力，还可以显示出计划之中的移动是否可行的即时图像。预览机器人从A点到B点采用的路径可以使用户对可能发生的碰撞或干扰进行规划。对一个项目处于某一个点的情况进行预览也是有可能的，也可以将其与尚未放置的零件进行对照，甚至与最终的整体结构进行对照。
通过观察协作式机器人工作台的实际运行情况，人们很容易想到对这个工作流程进行共享及缩放。如果使用这个系统的工业规模版本来建造房屋、公寓楼或摩天大楼，机器人手臂的运动所产生的数据文件可以被记录下来并得以改进，然后在不同的工地上反复应用，我们可以保证，建筑人员每次都可以得到完美的复制结果。
凭借正确的专业知识，建筑师们或建筑人员甚至可以深入到数据中对各种运动、紧固或压力点进行微调，并根据产品的最终条件调整这些参数。
在那次创新奖颁奖演示中，协作式机器人工作台的团队为了诊断的目的记录了 LBR iiwa 的动作，Vasey 说这可能成为一个卖点。她说，“如果人们只需要购买机器人并下载设计并希望能够通过衍生性或计算机工作流来操纵它们的话，那么相关的智能其实就在后台运行的软件中。”
但这里的挑战仍并没有消失，建筑业无论发展得多么先进，它都有自己根深蒂固的做法，而这些做法很难改变，因为这个行业已经投入了大量资金来对它们进行完善。除了酷炫的新技术之外，协作式机器人工作台究竟还能在合适的规模为建筑公司提供什么？
Kyjanek 说，“事实上，它使用起来要比想象的快得多。这一点不仅仅被我们的研究所证明，与增强现实合作的其他研究机构也证实了这一点。”“它跟别的产品完全不同，你可以亲眼目睹展示在面前的组件和结构，而不仅仅是从图纸上看到，直观多了。培训建筑工人怎样跟增强现实合作其实要比教人们如何看懂图纸更容易一些。”
协作式机器人工作台可能又一次表明，新技术热点的生命周期很可能还是有限的。就像3D打印一样，增强现实享受了一把15分钟的狂热和声誉，它的粉丝就是在公园和城市的街道上四处寻找口袋妖怪（Pokemon Go）的小生物的消费者。但成本低廉的3D桌面打印机的信誓旦旦从未美梦成真，人们感觉它们的红火劲已经过了。
然而，历史表明，消费者早期的喧嚣声有时恰好可以成为一个营销的试验场；3D打印正在悄然地改变着工业领域，Kyjanek 和 Vasey 相信增强现实的时代也将到来。
协作式机器人工作台本质上是对一个概念的证明，Kyjanek 说目前还没有将其商业化的打算；任何后续步骤都将集中在进一步的研发上。他说，“在这个过程中出现了太多的新问题和新挑战，这些问题和挑战必须首先得到解决。”
Vasey 接着说，我们计算机设计与建设研究所的职责是展开基础研究，以便审视新技术究竟可以如何挑战现有的施工流程和行规。该研究所不断地从一个有前景的大型研究网络中寻求跨学科合作伙伴，使得学术界和工业界之间能够展开广泛的合作。
因此，现实世界中建筑业的增强现实的一场革命可能还处于早期阶段，但是当您将来建造房屋或办公楼时，如果建筑工人戴着一顶安全帽、一束工具带，还有一顶用于铰接式机械臂的头盔出现在您面前之时，您可不要感到太惊讶。