27、自然竹结构自适应制造工作流程与新型热丝切割工具研究

自然竹结构自适应制造工作流程与新型热丝切割工具研究

自然竹结构自适应制造工作流程

1. 自适应优化与连接设计
   - 在自然竹结构的制造中，为了方便进行适应过程的优化，使用Galapagos优化工具，将变换的旋转部分通过轴 - 角表示进行参数化，与平移部分一起，用进化求解器对六个参数进行优化。适应结果能提供定制连接器的几何形状以及竹杆钻孔位置所需的所有信息。
   - 自然竹结构的连接方式有很多种，主要分为传统和现代两类。传统连接方式如榫卯连接和绑扎连接，常用于传统竹建筑中且常组合使用；现代竹建筑对节点要求更高，更多使用螺栓连接和钢构件连接等金属连接器。此外，近期研究还探索了许多其他连接可能性，如CFRP（碳纤维增强塑料/聚合物）增强接头、木夹接头和3D打印接头等。
   - 本项目的连接设计受自适应制造方法的约束。连接器的几何形状要适应两根竹杆之间不同的角度、距离和不同的直径，并且为了增强节点性能和发挥系统精度潜力，竹杆应采用抗弯刚性连接。实验中使用的连接器均用PLA丝材3D打印而成，也可通过机器人铣削用木材制造以提高性能和减少制造时间。其几何形状由自定义的Grasshopper脚本根据两个圆柱体的参数自动生成。
2. 钻孔与连接设计拓展
   - 每个待组装的竹杆需要钻两个孔，这些孔的位置可根据圆柱体参数计算得出，并发送到CNC机床或工业机器人进行钻孔。本项目制作了一种低成本的两轴专用机器，通过伺服电机旋转竹杆到所需方向，步进电机与皮带和滑轮配合将导向块沿竹杆轴线移动到所需位置，两个电机由Arduino Uno微控制器控制，从而实现手动在所需位置钻孔。
   - 目前正在开发避免在竹杆上钻孔以