試想這樣一個世界：經濟實惠且可持續的住宅不再是遙不可及的夢想，而是觸手可及的現實。而實現這一愿景卻面臨著兩大障礙：其一是建筑成本飛漲，其二是熟練勞動力的嚴重短缺。加拿大初創企業 Promise Robotics 應運而生，正如他們所說，他們正在重塑預制：借助倍福先進的自動化技術與人工智能（AI）控制的機器人解決方案，實現高效預制，現場組裝效率最高可提升 70%。
總部位于阿爾伯塔省埃德蒙頓的 Promise Robotics 公司正在為建筑業帶來最智能、最靈活、最緊湊的工業機器人系統。該工業解決方案由基于云的專有軟件平臺提供支持，該平臺管理從規劃到工廠車間運營、調度和物流的整個生產生命周期。該平臺引入了住宅建筑工廠即服務的創新理念，與傳統方法相比，住宅建筑商有望將房屋的現場裝配時間大幅縮短 70%。例如，一棟單戶住宅可以在大約五個小時內裝配完，一棟 64 個單元的三層公寓樓可以在兩周內裝配完。
“自動化在建筑行業尚未普及，該行業仍屬于勞動密集型產業。”Promise Robotics 公司聯合創始人兼 CEO Ramtin Attar 表示，“我們的目標是構建基礎技術，即一套具有可觀投資回報、且無市場應用壁壘的自動化系統。”
01
住宅建筑機器人帶來的
技術挑戰
開發 Promise Robotics 創新建筑系統帶來了獨特的技術挑戰。主要的障礙是需要一個強大、高性能的控制系統。具體來說，實時處理對于精確的機器人運動和反饋控制至關重要。
我們學到的重要經驗之一是如何使用感知技術處理生產過程中可能發生的材料變化。必須向機器人提供反饋，并適應可能破壞流程的獨特場景。這是一個持續優化的學習曲線 — 我們通過測試和構建不同的結構、形狀并處理意外情況來提升我們的系統性能。”
—— Promise Robotics 軟件總監
Farid Mobasser
另一個關鍵挑戰是確保系統設計的緊湊性和集成度。在空間有限的動態施工環境中，最大限度地減少布線及復雜性對實現快速部署至關重要。
02
基于 EtherCAT 和 PC 的控制技術助力奠定堅實的
自動化基礎
為了應對這些挑戰，Promise Robotics 采用了倍福的多款核心產品，包括 TwinCAT 3 自動化軟件、用于實現控制器間數據傳輸的 EtherCAT 系統、驅動器和 I/O 組件。TwinCAT 為所有自動化功能提供了一個端到端的開發和 Runtime 平臺，從設備控制邏輯、運動控制到安全功能和 HMI。TwinCAT 開發環境使 Promise 公司的工程師能夠利用各種編程語言，包括結構化文本、梯形邏輯和 C++ 來快速構建穩健的應用程序。
EtherCAT 能以最小的延遲處理實時通信，這是精確控制機器人的關鍵要求。該高性能現場總線無縫集成運動控制、安全功能及其它設備組件，確保實現高數據傳輸速率，使復雜的建造系統在動態環境中平穩運行。“EtherCAT 的靈活性和可擴展性是我們技術選型時的關鍵決策要素。它是目前速度最快的工業以太網通信協議，配合倍福提供的完整硬件產品，從 CX2043 嵌入式控制器到各類 I/O 組件，乃至包含電機、驅動器、電纜在內的全套驅動產品，構成了完整的解決方案。”Promise Robotics 硬件總監 Darren Brix 指出，“這套交鑰匙解決方案顯著優化了工藝流程和系統設計。EtherCAT 能夠簡單高效地構建出高度協調、標準統一的工業級解決方案。”
倍福 CX2043 嵌入式控制器搭載主頻為 3.35 GHz 的四核 AMD Ryzen™ 處理器，是控制系統的核心，可以無縫集成所有倍福 I/O 組件。它可與 TwinCAT 自動化軟件配合使用，成為高性能 PLC 和運動控制系統，同時支持 32 位和 64 位模式，提供高精度、確定性控制所需的短周期時間，以應對這一高動態環境中的挑戰。CP3924 多點觸控控制面板采用 CP-Link 4 單電纜技術與工業 PC 連接，作為操作人員控制機器人系統的主界面。
03
分布式驅動系統實現高動態運動控制
倍福的 AMI8122 驅控一體伺服電機用于實現對機械臂和執行器的精準控制，它將伺服電機、輸出段和現場總線接口結合于一體，外觀小巧，節省安裝空間。Promise Robotics 利用這款驅控一體伺服電機，構建了一個與庫卡機器人配對的定制末端執行器，以滿足不同結構、形狀和尺寸建筑構件的高精度定位需求。作為倍福分布式驅動解決方案的核心組件，AMI8122 將驅動技術從控制柜中“解放”出來，直接部署在設備上。這種設計顯著縮小了控制柜體積，減少了設備整體占地面積并縮短了電纜長度，使其成為動態建筑環境的理想選擇。
高速 EtherCAT 通信協議與 TwinCAT 3 Drive Manager 2 進一步簡化了實際施工場景中的系統實施和調試流程。由于安全至關重要，TwinSAFE 端子模塊 EL6900 為所有設備的安全運行提供保障。這款系統系統集成的 EtherCAT 端子模塊搭載 TwinSAFE 邏輯，能夠處理基于布爾值的安全應用：通過功能塊處理安全輸入信號并生成安全輸出信號。此外，它支持連接多達 128 個安全設備，并具備備份和恢復功能，以便快速更換控制器，從而全面提升解決方案的可靠性與安全性。
未來藍圖
通過將倍福自動化技術確立為標準化控制系統，并依托靈活、開放的 EtherCAT 現場總線系統，Promise Robotics 顯著加快了研發周期并縮短了調試時間。這種標準化簡化了維護工作，確保所有設備的一致運行，并允許無縫集成新的創新技術，從而減少停機時間并提升生產效率。“目前，我們專注于木質框架結構，這約占美國和加拿大住宅建筑的 80%。但從根本上講，我們正在構建一個面向機器人裝配任務的超大規模 AI 知識庫，其最終目標是實現建筑裝配全領域的智能化升級。”Ramtin Attar 在闡述行業變革所面臨的挑戰時說道，“自動化技術未能在這個規模達數萬億美元的產業中普及有其深層原因：雖然已經有一些成功的定制案例，但可擴展性和快速部署能力一直相當有限。我們的目標是在非定制工廠中非常快速地部署這些系統，在那里客戶可以接管倉庫，開燈，并開始實現投資回報。”
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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