特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。基于机器人的建筑活动技术已被开发用于建筑元素的组装和自由形式的连续增材制造 (AM)。自由形式的连续增材制造能够灵活生产几何可变设计，从而提高材料效率并降低成本。然而，这些技术需要将机器人硬件扩大到比所需的制造范围更大的尺寸，且大型系统需要与电源连接，从而限制了适应敏捷应用的能力。基于此，英国伦敦帝国理工学院Mirko Kovac等人展示了一种空中增材制造方法(Aerial-AM)。作者提出了一个可扩展的多机器人三维 (3D) 打印和路径规划框架，使机器人任务能够适应整个建筑任务中打印几何形状的变化。多机器人制造框架允许在人工监督下进行自主3D打印、打印几何图形的实时评估和机器人行为适应。为了验证基于该框架的自主 Aerial-AM，作者开发了用于在飞行期间沉积材料的BuilDrones和用于测量打印质量的 ScanDrones，并将通用实时模型预测控制方案与 Aerial-AM 机器人集成。此外，作者实现了将制造精度提高 到5毫米，以打印具有精确轨迹要求的几何形状，并开发了四种适用于连续材料沉积的水泥-聚合物复合混合物。同时，作者展示了概念验证打印，包括一个2.05 米高的圆柱体。erial-AM允许在飞行中进行制造，并为在无限、高空或难以进入的位置进行构建提供了未来的可能性。作者报告了一个 Aerial-AM 框架，它将自然先例的优点与工程原理相结合，并在飞行中使用无人驾驶航空机器人实现AM，展示了一个不受束缚的、无界的3D打印系统和可扩展的基于群的分布式 AM控制系统由多个空中机器人并行。
空中作业系统要求单个或多个非系留空中机器人在不同的沉积位置之间进行协调的自主飞行。为了使单个建筑物范围制造能够在大批量范围内进行操作，这种方法还要求本地机器人决策能够适应外部和动态参数，例如任务分配、建筑几何、外部环境因素、资源以及建筑过程中实时并发活动的变化。为了研究使用这种方法来协调多个网络化航空机器人的制造性能，提出了一个多智能体空中作业系统框架，通过冗余为实时自主任务分配、空间碰撞感知、集体组织和系统稳定性提供能力。为了使用不同的材料制造各种规模的几何形状，需考虑Aerial-AM工艺相关参数，例如打印路径、打印头速度、喷嘴直径和BuilDrones的精度。层宽与打印精度的比值是打印几何设计和路径生成时考虑的主要因素。三个可扩展的路径被设计用于构建圆柱形几何形状：多个相邻的同心圆有效地形成一个实心墙，圆形 Peano 曲线以及三个不相邻的同心圆与圆形 Peano 曲线交替的混合设计。Aerial-AM使一组空中机器人能够在三个维度上按顺序或并行进行制造。为了证明这种受自然启发的框架的潜力，基于不同尺度的旋转几何表面进行了三个不同的实验：高泡沫缸、胶凝材料中的小圆柱体、多机器人虚拟打印与仿真。
图 Aerial-AM BuilDrone打印的高圆柱形几何图形，并由ScanDrone进行实时打印评估
图 两台BuilDrones 3D打印薄壁圆柱体，配备误差补偿delta机械手沉积胶凝材料
图 Aerial-AM多机器人光迹虚拟打印圆顶状旋转表面Zhang, K., Chermprayong, P., Xiao, F. et al. Aerial additive manufacturing with multiple autonomous robots. Nature 609, 709–717 (2022).DOI：10.1038/s41586-022-04988-4.https://doi.org/10.1038/s41586-022-04988-4
