趙榮彪，蘇世龍，樊則森，雷俊，洪浩然，張鐵虎，馬栓鵬

（中建科技集團有限公司深圳分公司，廣東 深圳518118）

1 引言

近年來，建筑行業(yè)越來越關注信息自動化和數(shù)字建造方面的應用。建筑業(yè)作為中國的支柱產(chǎn)業(yè)，正面臨勞動力極其短缺的嚴峻考驗。同時，建筑施工安全性差，勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量合格率低等問題一直困擾著整個建筑行業(yè)。

中建科技集團有限公司作為國務院“百戶科技創(chuàng)新型企業(yè)”，積極響應國家科學發(fā)展，布局未來號召，為推動建筑工業(yè)化發(fā)展，結合自身裝配式建筑的優(yōu)勢，對智能建造機器人應用技術展開了各項研究，旗下中建科技集團有限公司深圳分公司科創(chuàng)中心自主研制了基于工業(yè)機械臂的飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動化生產(chǎn)線，從建筑施工現(xiàn)場以及建筑工業(yè)化部品的生產(chǎn)實際需求出發(fā)，旨在解決當前建筑業(yè)勞動力成本升高的行業(yè)痛點，可用于建筑工程、公共工程、地下工程、管道工程等日常鋼筋混凝土構件中鋼筋的定點與綁扎，特別是應用于裝配式建筑預制構件生產(chǎn)作業(yè)中，解決PC構件中復雜鋼筋網(wǎng)籠的生產(chǎn)，可大量節(jié)約建筑工業(yè)化部品生產(chǎn)過程及施工過程中的勞動力成本，提高了鋼筋綁扎的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)安全，降低事故率。同時，將快速填補市場空白，引領并應對人工智能和機器人時代的建筑業(yè)變革，讓智造助力制造騰飛。

在實施該技術應用的過程中，調(diào)直后的鋼筋來料的一致性和直線度差異對于機械臂自動搭建鋼筋網(wǎng)籠鋼筋產(chǎn)生了較大影響。在進行穿長縱筋的工序時，縱筋極易出現(xiàn)因彎曲變形導致縱筋易與其他鋼筋發(fā)生干涉，而不能穿過下一環(huán)形箍筋現(xiàn)象，在一定程度上降低了鋼筋籠的制造效率，是一個“卡脖子”問題。本文結合機械結構和控制系統(tǒng)等方面，系統(tǒng)論述解決該痛點、難點問題的一種方法及機構。

2 機械臂綁扎鋼筋網(wǎng)籠中長縱筋導向方法及機構方案

2.1 方案總體思路

方案總體思路見圖1。

圖1 方案總體思路簡圖

在基于工業(yè)機械臂的飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動化生產(chǎn)線的鋼筋網(wǎng)籠骨架搭建工序?qū)嵤┻^程中，采用雙機協(xié)作完成機械臂自動搭建鋼筋網(wǎng)籠骨作業(yè)。1臺機械臂負責通過移動/轉(zhuǎn)動閉合的縱筋導正機構，以調(diào)整縱筋導正機構的位置，移動到如圖1所示的指定位置，形成縱筋穿入“通道”，以利于縱筋導正機構對正在穿過環(huán)形箍筋的縱筋逐步進行導正，并對穿入縱筋起支撐作用，避免縱筋跨度較長彎曲導致穿入不暢，甚至不能順利穿過的情況。另一臺機械臂負責抓取長縱筋通過帶滾輪的末端執(zhí)行器從環(huán)形箍筋鋼筋網(wǎng)籠骨架一末端穿入，期間進入到導正機構的第一個導向機構，然后依次通過，完成長縱筋擺放作業(yè)。縱筋擺放完成后，導向機構打開，機械臂移動從鋼筋網(wǎng)籠骨架移走，進行下一個位置長縱筋擺放作業(yè)，直到整個鋼筋網(wǎng)籠骨架搭建完成。經(jīng)實際樣機測試，效果良好，大大提高了自動化產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

2.2 導正機構機械組成

導正機構主要由機構骨架、氣手指氣缸、導向機構組裝。導向機構內(nèi)通孔設計為漏斗狀，大直徑端留足余量，可解決長縱筋因自身彎曲變形產(chǎn)生位移偏差而引起的穿入不暢問題，小直徑端可確保長縱筋穿入在指定空間位置點，且漏斗狀是兩半組合，可依靠氣動手指進行開合，方便長縱筋放置作業(yè)完成后導正機構的取出。

2.3 導正機構控制原理

導正機構控制原理見圖2、圖3。

圖2 導正機構電氣控制原理圖

圖3 導正機構氣動控制原理圖

如圖2所示為導正機構電氣控制原理圖，1個電磁閥同時控制7個氣手指氣缸的開合，每個氣手指氣缸上裝有檢測傳感器，用于檢測氣手指的開合狀態(tài)，進而判斷導正機構的工作狀態(tài)。

如圖3所示為導正機構氣動控制原理圖，當機械臂帶著導正機構移動到指定位置直到長縱筋通過導正機構完成穿入環(huán)形箍筋作業(yè)，氣手指氣缸都處于閉合狀態(tài)；當導正機構完成穿入環(huán)形箍筋作業(yè)后，需要移除鋼筋網(wǎng)籠骨架時，氣手指氣缸打開，長縱筋與導正機構分離，自然掉落到鋼筋網(wǎng)籠搭建骨架的工裝支撐架上。該導正機構結構簡單、緊湊，給易彎曲變形的長縱筋以導正，避免了與鋼筋網(wǎng)籠骨架其他鋼筋干涉，使其順利、快速地穿入放置，效果明顯。

3 結語

建筑機器人的研發(fā)具有鮮明的“應用導向”特色，其發(fā)展依賴于2方面的因素：一是相關通用機器人技術的進步；二是對建筑行業(yè)施工需求的準確提煉。與之相對應，開展建筑機器人研究需立足于這2個方面，即在明確建筑施工所面臨技術難題和從業(yè)者實際需求的基礎上，通過對現(xiàn)有機器人技術的集成、改造和創(chuàng)新，實現(xiàn)建筑機器人技術的發(fā)展與進階。本文介紹的這種用于機械臂綁扎鋼筋網(wǎng)籠中長縱筋導向方法及機構從應用實際出發(fā)，針對其中“卡脖子”問題進行研究，經(jīng)過樣機測試，效果良好，大大提升了飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，且該項技術也可在其他類似問題的場景中進行應用。