试想这样一个世界：经济实惠且可持续的住宅不再是遥不可及的梦想，而是触手可及的现实。而实现这一愿景却面临着两大障碍：其一是建筑成本飞涨，其二是熟练劳动力的严重短缺。加拿大初创企业 Promise Robotics 应运而生，正如他们所说，他们正在重塑预制：借助倍福先进的自动化技术与人工智能（AI）控制的机器人解决方案，实现高效预制，现场组装效率最高可提升 70%。

总部位于阿尔伯塔省埃德蒙顿的 Promise Robotics 公司正在为建筑业带来最智能、最灵活、最紧凑的工业机器人系统。该工业解决方案由基于云的专有软件平台提供支持，该平台管理从规划到工厂车间运营、调度和物流的整个生产生命周期。该平台引入了住宅建筑工厂即服务的创新理念，与传统方法相比，住宅建筑商有望将房屋的现场装配时间大幅缩短 70%。例如，一栋单户住宅可以在大约五个小时内装配完，一栋 64 个单元的三层公寓楼可以在两周内装配完。

“自动化在建筑行业尚未普及，该行业仍属于劳动密集型产业。”Promise Robotics 公司联合创始人兼 CEO Ramtin Attar 表示，“我们的目标是构建基础技术，即一套具有可观投资回报、且无市场应用壁垒的自动化系统。”

01  住宅建筑机器人带来的技术挑战

开发 Promise Robotics 创新建筑系统带来了独特的技术挑战。主要的障碍是需要一个强大、高性能的控制系统。具体来说，实时处理对于精确的机器人运动和反馈控制至关重要。

我们学到的重要经验之一是如何使用感知技术处理生产过程中可能发生的材料变化。必须向机器人提供反馈，并适应可能破坏流程的独特场景。这是一个持续优化的学习曲线 — 我们通过测试和构建不同的结构、形状并处理意外情况来提升我们的系统性能。”

—— Promise Robotics 软件总监

Farid Mobasser

另一个关键挑战是确保系统设计的紧凑性和集成度。在空间有限的动态施工环境中，最大限度地减少布线及复杂性对实现快速部署至关重要。

02  基于 EtherCAT 和 PC 的控制技术助力奠定坚实的自动化基础

为了应对这些挑战，Promise Robotics 采用了倍福的多款核心产品，包括 TwinCAT 3 自动化软件、用于实现控制器间数据传输的 EtherCAT 系统、驱动器和 I/O 组件。TwinCAT 为所有自动化功能提供了一个端到端的开发和 Runtime 平台，从设备控制逻辑、运动控制到安全功能和 HMI。TwinCAT 开发环境使 Promise 公司的工程师能够利用各种编程语言，包括结构化文本、梯形逻辑和 C++ 来快速构建稳健的应用程序。

EtherCAT 能以最小的延迟处理实时通信，这是精确控制机器人的关键要求。该高性能现场总线无缝集成运动控制、安全功能及其它设备组件，确保实现高数据传输速率，使复杂的建造系统在动态环境中平稳运行。“EtherCAT 的灵活性和可扩展性是我们技术选型时的关键决策要素。它是目前速度最快的工业以太网通信协议，配合倍福提供的完整硬件产品，从 CX2043 嵌入式控制器到各类 I/O 组件，乃至包含电机、驱动器、电缆在内的全套驱动产品，构成了完整的解决方案。”Promise Robotics 硬件总监 Darren Brix 指出，“这套交钥匙解决方案显著优化了工艺流程和系统设计。EtherCAT 能够简单高效地构建出高度协调、标准统一的工业级解决方案。”

倍福 CX2043 嵌入式控制器搭载主频为 3.35 GHz 的四核 AMD Ryzen™ 处理器，是控制系统的核心，可以无缝集成所有倍福 I/O 组件。它可与 TwinCAT 自动化软件配合使用，成为高性能 PLC 和运动控制系统，同时支持 32 位和 64 位模式，提供高精度、确定性控制所需的短周期时间，以应对这一高动态环境中的挑战。CP3924 多点触控控制面板采用 CP-Link 4 单电缆技术与工业 PC 连接，作为操作人员控制机器人系统的主界面。

03  分布式驱动系统实现高动态运动控制

倍福的 AMI8122 驱控一体伺服电机用于实现对机械臂和执行器的精准控制，它将伺服电机、输出段和现场总线接口结合于一体，外观小巧，节省安装空间。Promise Robotics 利用这款驱控一体伺服电机，构建了一个与库卡机器人配对的定制末端执行器，以满足不同结构、形状和尺寸建筑构件的高精度定位需求。作为倍福分布式驱动解决方案的核心组件，AMI8122 将驱动技术从控制柜中“解放”出来，直接部署在设备上。这种设计显著缩小了控制柜体积，减少了设备整体占地面积并缩短了电缆长度，使其成为动态建筑环境的理想选择。

高速 EtherCAT 通信协议与 TwinCAT 3 Drive Manager 2 进一步简化了实际施工场景中的系统实施和调试流程。由于安全至关重要，TwinSAFE 端子模块 EL6900 为所有设备的安全运行提供保障。这款系统系统集成的 EtherCAT 端子模块搭载 TwinSAFE 逻辑，能够处理基于布尔值的安全应用：通过功能块处理安全输入信号并生成安全输出信号。此外，它支持连接多达 128 个安全设备，并具备备份和恢复功能，以便快速更换控制器，从而全面提升解决方案的可靠性与安全性。

未来蓝图

通过将倍福自动化技术确立为标准化控制系统，并依托灵活、开放的 EtherCAT 现场总线系统，Promise Robotics 显著加快了研发周期并缩短了调试时间。这种标准化简化了维护工作，确保所有设备的一致运行，并允许无缝集成新的创新技术，从而减少停机时间并提升生产效率。“目前，我们专注于木质框架结构，这约占美国和加拿大住宅建筑的 80%。但从根本上讲，我们正在构建一个面向机器人装配任务的超大规模 AI 知识库，其最终目标是实现建筑装配全领域的智能化升级。”Ramtin Attar 在阐述行业变革所面临的挑战时说道，“自动化技术未能在这个规模达数万亿美元的产业中普及有其深层原因：虽然已经有一些成功的定制案例，但可扩展性和快速部署能力一直相当有限。我们的目标是在非定制工厂中非常快速地部署这些系统，在那里客户可以接管仓库，开灯，并开始实现投资回报。”