Geri Dön

Towards hyperautomation in architecture: A system for truss manipulation with relative robots

Mimarlikta hiperotomasyona doğru: Bağıl robotlarla kafes manipülasyonu için bir sistem

PDF İndir

  1. Tez No: 772207
  2. Yazar: BURAK DELİKANLI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Mekatronik Mühendisliği, Mimarlık, Science and Technology, Mechatronics Engineering, Architecture
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 220

Özet

Neredeyse her teknolojik ve endüstriyel kavram çevremizi ve mimarlık pratiğine dair algımızı değiştiriyor. Yakın zamanda, ileri tekniklerle kesintisiz ve kapsayıcı bir dijital dönüşümü vadeden Hiperotomasyon, hemen hemen her sektörü etkileyebilecek çığır açıcı bir kavram olarak tanıtıldı. Bu konsept oldukça umut verici olmasına rağmen, Mimarlık, Mühendislik ve İnşaat (MMİ) Endüstrisi güncel teknolojileri takip ve süreçleri otomatize etmede diğer sektörlerin çok gerisinde kalmış görünüyor. Öte yandan, MMİ Endüstrisinin teknolojik ortamdaki bu dönüşümden ve yeni dijital gerekliliklerden etkilenmemesi pek olası değildir. MMİ Endüstrideki bu potansiyel dönüşüm hazırlığı ve güncel kalma ihtiyacı, araştırmacıları daha geniş ve döngüsel bakış açılarına itiyor. Bu nedenle birbirine eklemlenebilecek mevcut çalışmalar arasındaki entegrasyon imkanlarına ve tamamen otonom sistemlere dair sorular artmıştır. Çevresine ve kullanıcılarına uyum sağlayan mimarlığın ve otonom yapıların, binaların, şehirlerin, yaşamın, vb., kökeni kurgusal teorilere ve senaryolara dayanır. Artık bu teoriler merkezinde robotiğin ve yapay zekanın olduğu bir geleceği betimliyor ve insanlığın akıllı ve bağımsız makineler yaratma hayali, dünyanın ciddi bir şekilde tartışılan gerçeği haline geliyor. Bu nedenle bu araştırma Mimarlıkta Robotiğe odaklanıyor ve stratejilerini inceliyor. Yanı sıra, çeşitli mimari amaçlar için kullanılan robotik ve otomatize teknolojilerin türleri ve uygulamaları hakkında kapsamlı bir genel bakış sunuyor. Mimarlıkta Robotik, yüksek verimlilik, esneklik, uyarlanabilirlik, öngörülebilirlik ve şantiye güvenliği gibi birçok avantajı beraberinde getirebilir. Son kırk yıldaki araştırmaların odak noktaları dikkate alındığında üç farklı strateji veya bakış açısından söz edilebilir. Bunlardan birinci grup inşaat otomasyonu için özelleştirilmiş robotlar. İnşaat işçilerine yardımcı olmak veya yerini almak için geleneksel süreçleri dijitalleştirme eğilimindedirler. İkinci grup ise tasarımı yönlendirmek için modifiye edilmiş robotlardır. Mimarların tasarım ve üretim süreçlerini beslemek için uyarladığı keşif araçları gibidirler. Öte yandan üçüncü grup ise bina/yapı elemanları olarak deneysel robotlardır. Robotik ve mimarlık arakesitinde bir arada ve aynı anda var olma potansiyeline sahiptirler. Bu üç stratejinin sınırları zaman zaman birbirinin içine girse de bakış açıları nedeniyle ayrışırlar. Çalışmadaki literatür araştırması robotik teknolojilerin gelecekte tehlikeli saha koşullarını azaltarak, inşaat maliyetlerini düşürerek, işgücü eksikliklerini çözerek ve kalite standartlarını sağlayarak şantiyeler için daha fazla verimlilik sunacağına işaret ediyor. Dahası mimarlık robotları, mimarların değişen iş akışlarına, çalışma ve üretim ortamlarına ve toplumun ihtiyaçlarına uyum sağlamasına yardımcı olacaktır. Ayrıca, Bağıl, İçkin ve Sürü Robotları gibi kendini örgütleyen montaj sistemlerinin, mimarlıkta robotiğin geleceğinde daha kritik bir rol oynaması muhtemeldir. Yine de Mimarlıkta Robotik araştırması pek çok kısıtlamanın üstesinden gelmelidir. Robotik sistemler iyi tanımlanmış ve tekrar eden işleri yapmada canlı sistemlerin önüne geçmiştir. Daha esnek ve belirsiz görevler için ise makine-makine, makine-çevre ve makine-insan etkileşimi başlıca entegrasyon sorunlarıdır. Bunun bir sonucu olarak mimarideki robotiğin çoğu hatası ve kısıtları tanıma sistemleri ile ilişkili olduğu söylenebilir. Bu nedenle çalışmaların çoğu denetimli ve kontrollü süreçler sunuyor. Öte yandan, geleneksel yöntemlere entegrasyona odaklanan çalışmalar, Robot Odaklı Tasarım (ROD) adı verilen robot dostu yapı malzemelerini tasarlamayı önermektedir. Benzer bir şekilde insansı robotlar da zorlu ve tehlikeli şantiye koşullarında işçilerin yerini almayı vaat ediyor. Fakat, mimarlıkta robotik, doğrudan robotlaştırılmış yapı malzemeleri ve insanlaştırılmış robotların ötesinde daha yaratıcı ve yenilikçi çözümlere ihtiyaç duyuyor. Dahası araştırmaların MMİ Endüstrisindeki yansımaları da görece basit, ekonomik, taşınabilir, kurulumu kolay ve entegrasyon dostu özelliklere sahip sistemlerin daha çok tercih edildiğini gösteriyor. Sonuç olarak, araştırmadaki bulgular sensör, tanıma ve tahmin teknolojilerinin ve bunların üst sistemlerle entegrasyonunun daha geniş ve döngüsel perspektiflerden incelenmesi gerektiğini gösteriyor. Bu araştırmayı takiben, çalışma yeni Hiperotomasyon paradigmasının MMİ Endüstrisindeki yerinin daha iyi kavranması için bir sistem öneriyor. Önerilen sistem entegre bir çerçeve üzerinden açıklanmaktadır. Bu bağlamda İnşaat 4.0 kavramı tanıtılmakta ve temel yaklaşımlarından kısaca bahsedilmektedir. Ardından, tasarım ve yapım süreçleri için tüm bina yaşam döngüsünü kapsayan bütünleşik bir çerçeve önerilmiş ve otonom bir sistemin aşamaları ve aralarındaki ilişkiler örneklenmiştir. Bunun sonucunda otonom sistemlerdeki ilişkileri kavranması için hipotetik bir vaka HookBot isimli bağıl montaj robotu tasarımını ve kiriş manipülasyon sistemini tanıtıyor. Bu otonom sistem, Hiperotomasyon paradigmasının mimarlıktaki konumu hakkında muhtemel bir tartışmayı tetikleyebilir. Ayrıca, Hiperotomasyon ile ortaya çıkabilecek Kitlesel Bireyselleştirme, Tasarımın Demokratikleştirilmesi ve Merkeziyetsizleştirme gibi robotik değişim olasılıklarını vurgular. Ayrıca, gelişmekte olan teknolojileri benimseyerek ve bina yaşam döngüsü boyunca potansiyel uygulamaları ilişkilendirerek İnşaat 4.0 için bir yol sunar. Bu çerçeveyle birlikte Dijital İkiz ve Yapı Bilgi Modellemesi entegrasyonu, MMİ Endüstrisinde robotları yönetmenin, izlemenin ve doğrudan iletişim kurmanın en verimli olabilecek yolu olarak öne çıkıyor. Bunlara ek olarak, çalışma entegre çerçeveye dayanan bir sistemin Otonom Montaj/Söküm aşamasını araştırmaktadır. Başlıca aktörü bağıl montaj robotları olan otonom bir sistemin gelecekteki mimarlık hizmetleri ve inşaat sistemlerine potansiyel katkıları olacaktır. Bu robotik sistem, muhtemel bir Hiperotomasyon senaryosuna örnek oluşturuyor ve daire kesitli kafes sistem elemanları için otonom ayrık montaj yapabilen HookBot adlı bağıl montaj robotunun tasarım detaylarını ve konsept ispatı niteliğindeki prototiplerini sunuyor. Araştırma öncelikle montaj sistemleri üzerine odaklanıyor ve robotik kafes montaj çalışmalarının benzer ve farklı özellikleri vurguluyor. Benzer çalışmalardan farklı olarak, HookBot hareket kinematiğini ve serbestlik derecesini (DoF) iyileştiren yeni bir tutunma mekanizmasını içeren bir tasarıma sahiptir. Bunun sonucunda, hareket kinematiğine odaklanan iki prototip versiyonu geliştirilmiştir. Prototipin final versiyonu kafes sistem elemanlarında öteleme, dönme ve sarmal hareket sağlayan fonksiyonları başarıyla yerine getirir. Ayrıca prototipleme sırasındaki sorunlar, olası iyileştirmeler, başarılı ve başarısız yönler incelenmiştir. İnsan işçiler için oldukça karmaşık olabilecek parametrik kafes sistem tasarımları bu robotlarla daha hızlı bir şekilde inşa edilebilir. Bu nedenle, ayrık montaj tekniklerinin mimari hizmetlerde uygulanmasına yönelik araştırmalar ümit vericidir. Ayrıca çalışma, otonom ayrık montajın daha fazla prototip ve incelenen tasarım detayları ile uygulanabileceği sonucuna varmıştır. Bununla birlikte, tamamen otonom bir sistem tasarımının ve uygulamasının gereklilikleri disiplinler arası çalışmalara bağlıdır. Sonuçta, sistemin serbestlik derecesinin yükselmesi, tasarım alanını genişletmesi ve özgürleştirmesi açısından bir avantajdır. Öte yandan, tasarım detayları açıklanan robotun faydalı yük, uzaktan ve dağıtılmış kontrol karmaşıklığı, ters (inverse) kinematik ve öz konumlandırma gibi olası sorunları tespit edilen dezavantajlardır. Otonom bir kafes manipülasyon sistemi olarak HookBot robotları, bağıl robotların gelecekteki mimari hizmetler ve inşaat sistemlerine potansiyel katkısını sunuyor. Ayrıca bu robotların mimari yapıların montajında kullanılması, geleneksel inşaat sektörünün işçi-malzeme veya aktif-pasif taraflarının sınırlarını bulanıklaştırıyor. Yapılar üzerinde hareket eden robotlar, yapının bir parçası haline geliyor ve yapıyı yeniden yapılandırırken, manipüle ederken ve inşa ederken tasarım alanını özgürleştiriyor ve genişletiyor. Bu nedenle, bu yeni ayrık montaj tekniği, büyük ve hantal inşaat robotlarına bir alternatif sunuyor ve otonom bir geleceği betimliyor.

Özet (Çeviri)

Almost every technological and industrial concept changes the built environment around us and our understanding of architectural practice. Recently, Hyperautomation, an all-encompassing digital transformation with the help of advanced techniques, has been presented as a game-changing concept that can affect any industry. Despite this promising concept, the Architecture, Engineering, and Construction (AEC) Industry seems far behind the latest technological breakthroughs and automation of processes compared to other industries. On the other hand, the AEC Industry is unlikely to remain unaffected by this digital transformation in the technological milieu. The aim of preparing for transformation and keeping up-to-date pushes researchers to broader and circular perspectives. Therefore, questions arise about the integration possibilities among existing studies that complement each other and fully autonomous systems. The origin of architecture adapting to the environment and users, even autonomous construction, buildings, cities, life, etc., is based on fictional theories and scenarios. Now, these theories describe a future with robotics and artificial intelligence at its center. Besides, they, which represent the dream of humanity to create intelligent and independent machines, are now becoming the prominent reality of the world. Therefore, this research focuses on robotics in architecture and examines its strategies. Besides, it provides a comprehensive overview of the types and applications of robotic and automated technologies used for various architectural purposes. Robotics in Architecture can bring many benefits, such as high efficiency, flexibility, adaptability, predictability, and construction site safety. Considering the research focus in the last four decades, three different strategies or perspectives can be mentioned. The first group is customized robots for construction automation, and they tend to digitize traditional processes to assist or replace construction workers. On the other hand, the second group is modified robots for driving design, and they are like exploration tools architects adapt to design and production processes. Further, the third group is experimental robots as building elements, which have a coexistence potential between robotics and architecture. Despite the boundaries of these three strategies overlapping from time to time, they diverge due to their perspectives. The background research shows that robotic technologies would offer greater efficiency for construction processes by reducing hazardous site conditions, lowering construction costs, solving labor shortages, and ensuring quality standards. Beyond that, architecture robots would help architects adapt to changing workflows, working and production environments, and the needs of society. Self-organizing assembly systems such as Relative, Immanent, and Swarm Robots are likely to play a more critical role in the future of architectural robots. Nevertheless, the research of Robotics in Architecture must overcome several limitations. Robotic systems exceed living systems in performing well-defined and repetitive tasks. When doing more flexible and ambiguous tasks, the primary integration problems are machine-to-machine, machine-to-environment, and machine-to-human interaction. Consequently, numerous errors and limitations of robotics in architecture are associated with recognition systems. For this reason, most of the studies offer supervised processes. On the other hand, studies focusing on integration into conventional methods propose designing robot-friendly building materials, called Robot Oriented Design (ROD). Likewise, humanoid robots promise to replace workers for demanding and hazardous construction site conditions. However, robotics in architecture needs more creative and innovative solutions beyond straightly robotized building materials and humanized robots. Further, the reflections of research on the AEC Industry also show that systems with relatively simple, affordable, transportable, easy-to-install, and integration-friendly features are preferred. Consequently, the findings indicate that more focus should be placed on sensor, recognition, and estimation technologies and their integration issues with super systems from broader and circular perspectives. Therefore, the study proposes a system focusing on the novel Hyperautomation paradigm in the AEC Industry to provide a better understanding. The proposed system is explained through an integrated framework. In this context, the concept of Construction 4.0 is introduced, and the fundamental approaches are briefly mentioned. After that, an integrated framework throughout the entire building life-cycle for design and construction processes is proposed, and the stages in an autonomous system and their interrelationships are exemplified. Consequently, a hypothetical case presents a truss manipulation system with relative robots and a relative assembly robot design, so-called HookBot, to better understand the relationships in an autonomous system. This autonomous system can trigger a discussion about the place of the Hyperautomation paradigm in architecture. Also, it highlights the possibilities of robotic shift that may emerge with Hyperautomation, such as Mass Customization, Design Democratization, and Decentralization. It also presents a path for Construction 4.0 by embracing emerging technologies and linking potential applications throughout the building life-cycle. Consequently, Digital Twin (DT) integration with Building Information Modelling (BIM) may become the most efficient way for managing, monitoring, and communicating directly with robots for the AEC industry. In addition, the study also explores the Autonomous Dis/Re/Assembly phase of such a system based on the integrated framework. An autonomous system whose principal actor is relative assembly robots has potential contributions to future architectural services and construction systems. This robotic system exemplifies a possible Hyperautomation scenario, and presents design details and proof-of-concept prototypes of a relative assembly robot, HookBot, capable of autonomous discrete assembly for round-shape truss system elements. Initially, the research focuses on assembly systems, and highlights the similar and different features of robotic truss assembly studies. The novel design characteristics of HookBot that differ from similar studies are the locomotion kinematics and the adhesion mechanism that improves the Degree of Freedom (DoF). Consequently, two prototype versions were developed, focusing on locomotion kinematics. The final version of the prototype has successfully executed the functions that enable translational, rotational, and helical locomotion on the truss system elements. Besides, problems during prototyping, further improvements, successes, and failures were examined. Unique truss structures, which can be notably complex for human workers, can be quickly built with these robots. Therefore, the research on applying discrete assembly techniques in architectural services is promising. Also, the study concludes that autonomous discrete assembly can be implemented with further prototypes and the examined design details. Nevertheless, designing and implementing a fully autonomous system requires transdisciplinary studies. The system's high degree of freedom is an advantage for the dimensions of the design space. However, the possible problems of the conceptualized robot, such as payload, remote and distributed control complexities, inverse kinematics, and self-positioning, are disadvantages. As an autonomous truss manipulation system, HookBot robots describe the potential contribution of relative robots to future architectural services and construction systems. In addition, using these robots in building architectural structures blurs the boundaries of the worker-material or active-passive sides of the traditional construction industry. Robots moving on the structures become a part of the structure, and it expands the freedom of space while reconfiguring, manipulating, and building the structure. Thus, this novel discrete assembly technique offers an alternative to bulky construction robots and describes an autonomous future.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    84081

    Tapu ve kadastro faaliyetlerine yönelik coğrafi bilgi sistemi tasarımı

    Başlık çevirisi yok

    ABDURRAHMAN GEYMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Jeodezi ve FotogrametriGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM BAZ

  2. Tez No

    75749

    A Transformative relationship between architecture and architectural media: Turkish media after 1980

    Mimarlık üretimi ve mimarlık yayınları arasındaki dönüştürücü ilişki: 1980 sonrası Türk Mimarlık yayınları

    Z.YEŞİM ALEMDAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    MimarlıkOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. C. ABDİ GÜZER

  3. Tez No

    768803

    Towards a relational understanding of online privacy perceptions (Concerns), social media usage motivations and usage behavior: A semantic network analysis

    Çevrimiçi mahremiyet algılarının (Endişelerinin) sosyal medya kullanım motivasyonları ve kullanım davranışları ile ilişkisine yönelik anlamsal ağ analizi

    DERİN ÖZYENİLMEZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Reklamcılıkİzmir Ekonomi Üniversitesi

    Reklamcılık ve Halkla İlişkiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EBRU UZUNOĞLU

    YRD. DOÇ. DR. SELİN TÜRKEL

  4. Tez No

    769458

    Orijinalkopya bir mimarlığa doğru: Mimarlıkta bir yüzer gösteren

    Towards an original-copy architecture: A floating signifier in architecture

    ZEYNEP GÜL SÖHMEN TUNAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FUNDA UZ

  5. Tez No

    769590

    Yeni ilm-i kelâm dönemi isbât-ı vâcib risalelerinde Allah-alem ilişkisi

    The relationship between the God and the world in the treatments of isbât-i vâcib of the new ilm-i kelâm period

    İSLAM DEMİRCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    DinBolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

    Temel İslam Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİFE KESKİN

Geri Dön