機(jī)械臂綁扎鋼筋網(wǎng)籠中長(zhǎng)縱筋導(dǎo)向方法

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(tuán)有限公司深圳分公司，廣東 深圳518118）

1 引言

近年來(lái)，建筑行業(yè)越來(lái)越關(guān)注信息自動(dòng)化和數(shù)字建造方面的應(yīng)用。建筑業(yè)作為中國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，正面臨勞動(dòng)力極其短缺的嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時(shí)，建筑施工安全性差，勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量合格率低等問(wèn)題一直困擾著整個(gè)建筑行業(yè)。

中建科技集團(tuán)有限公司作為國(guó)務(wù)院“百戶(hù)科技創(chuàng)新型企業(yè)”，積極響應(yīng)國(guó)家科學(xué)發(fā)展，布局未來(lái)號(hào)召，為推動(dòng)建筑工業(yè)化發(fā)展，結(jié)合自身裝配式建筑的優(yōu)勢(shì)，對(duì)智能建造機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)展開(kāi)了各項(xiàng)研究，旗下中建科技集團(tuán)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(jī)械臂的飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，從建筑施工現(xiàn)場(chǎng)以及建筑工業(yè)化部品的生產(chǎn)實(shí)際需求出發(fā)，旨在解決當(dāng)前建筑業(yè)勞動(dòng)力成本升高的行業(yè)痛點(diǎn)，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(gòu)件中鋼筋的定點(diǎn)與綁扎，特別是應(yīng)用于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)作業(yè)中，解決PC構(gòu)件中復(fù)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(guò)程及施工過(guò)程中的勞動(dòng)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(shí)，將快速填補(bǔ)市場(chǎng)空白，引領(lǐng)并應(yīng)對(duì)人工智能和機(jī)器人時(shí)代的建筑業(yè)變革，讓智造助力制造騰飛。

在實(shí)施該技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，調(diào)直后的鋼筋來(lái)料的一致性和直線(xiàn)度差異對(duì)于機(jī)械臂自動(dòng)搭建鋼筋網(wǎng)籠鋼筋產(chǎn)生了較大影響。在進(jìn)行穿長(zhǎng)縱筋的工序時(shí)，縱筋極易出現(xiàn)因彎曲變形導(dǎo)致縱筋易與其他鋼筋發(fā)生干涉，而不能穿過(guò)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(gè)“卡脖子”問(wèn)題。本文結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等方面，系統(tǒng)論述解決該痛點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題的一種方法及機(jī)構(gòu)。

2 機(jī)械臂綁扎鋼筋網(wǎng)籠中長(zhǎng)縱筋導(dǎo)向方法及機(jī)構(gòu)方案

2.1 方案總體思路

方案總體思路見(jiàn)圖1。

圖1 方案總體思路簡(jiǎn)圖

在基于工業(yè)機(jī)械臂的飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的鋼筋網(wǎng)籠骨架搭建工序?qū)嵤┻^(guò)程中，采用雙機(jī)協(xié)作完成機(jī)械臂自動(dòng)搭建鋼筋網(wǎng)籠骨作業(yè)。1臺(tái)機(jī)械臂負(fù)責(zé)通過(guò)移動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng)閉合的縱筋導(dǎo)正機(jī)構(gòu)，以調(diào)整縱筋導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的位置，移動(dòng)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(dǎo)正機(jī)構(gòu)對(duì)正在穿過(guò)環(huán)形箍筋的縱筋逐步進(jìn)行導(dǎo)正，并對(duì)穿入縱筋起支撐作用，避免縱筋跨度較長(zhǎng)彎曲導(dǎo)致穿入不暢，甚至不能順利穿過(guò)的情況。另一臺(tái)機(jī)械臂負(fù)責(zé)抓取長(zhǎng)縱筋通過(guò)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(jìn)入到導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的第一個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，然后依次通過(guò)，完成長(zhǎng)縱筋擺放作業(yè)?？v筋擺放完成后，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)打開(kāi)，機(jī)械臂移動(dòng)從鋼筋網(wǎng)籠骨架移走，進(jìn)行下一個(gè)位置長(zhǎng)縱筋擺放作業(yè)，直到整個(gè)鋼筋網(wǎng)籠骨架搭建完成。經(jīng)實(shí)際樣機(jī)測(cè)試，效果良好，大大提高了自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)效率。

2.2 導(dǎo)正機(jī)構(gòu)機(jī)械組成

導(dǎo)正機(jī)構(gòu)主要由機(jī)構(gòu)骨架、氣手指氣缸、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組裝。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)通孔設(shè)計(jì)為漏斗狀，大直徑端留足余量，可解決長(zhǎng)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(wèn)題，小直徑端可確保長(zhǎng)縱筋穿入在指定空間位置點(diǎn)，且漏斗狀是兩半組合，可依靠氣動(dòng)手指進(jìn)行開(kāi)合，方便長(zhǎng)縱筋放置作業(yè)完成后導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的取出。

2.3 導(dǎo)正機(jī)構(gòu)控制原理

導(dǎo)正機(jī)構(gòu)控制原理見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 導(dǎo)正機(jī)構(gòu)電氣控制原理圖

圖3 導(dǎo)正機(jī)構(gòu)氣動(dòng)控制原理圖

如圖2所示為導(dǎo)正機(jī)構(gòu)電氣控制原理圖，1個(gè)電磁閥同時(shí)控制7個(gè)氣手指氣缸的開(kāi)合，每個(gè)氣手指氣缸上裝有檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)氣手指的開(kāi)合狀態(tài)，進(jìn)而判斷導(dǎo)正機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)。

如圖3所示為導(dǎo)正機(jī)構(gòu)氣動(dòng)控制原理圖，當(dāng)機(jī)械臂帶著導(dǎo)正機(jī)構(gòu)移動(dòng)到指定位置直到長(zhǎng)縱筋通過(guò)導(dǎo)正機(jī)構(gòu)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(dāng)導(dǎo)正機(jī)構(gòu)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(shí)，氣手指氣缸打開(kāi)，長(zhǎng)縱筋與導(dǎo)正機(jī)構(gòu)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(dǎo)正機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，給易彎曲變形的長(zhǎng)縱筋以導(dǎo)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(jié)語(yǔ)

建筑機(jī)器人的研發(fā)具有鮮明的“應(yīng)用導(dǎo)向”特色，其發(fā)展依賴(lài)于2方面的因素：一是相關(guān)通用機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步；二是對(duì)建筑行業(yè)施工需求的準(zhǔn)確提煉。與之相對(duì)應(yīng)，開(kāi)展建筑機(jī)器人研究需立足于這2個(gè)方面，即在明確建筑施工所面臨技術(shù)難題和從業(yè)者實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人技術(shù)的集成、改造和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)階。本文介紹的這種用于機(jī)械臂綁扎鋼筋網(wǎng)籠中長(zhǎng)縱筋導(dǎo)向方法及機(jī)構(gòu)從應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，針對(duì)其中“卡脖子”問(wèn)題進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)樣機(jī)測(cè)試，效果良好，大大提升了飄窗鋼筋網(wǎng)籠自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率，且該項(xiàng)技術(shù)也可在其他類(lèi)似問(wèn)題的場(chǎng)景中進(jìn)行應(yīng)用。