Строительные роботы: технологии будущего уже сегодня

Строительство — это область человеческой деятельности, где для робототехники имеется огромный потенциал. Строительный робот способен облегчить труд рабочих, ускорить процесс, обеспечить возведение уникальных сооружений в экстремальных условиях. В настоящее время существует целое направление с такой специализацией, базирующееся на инновационных технологиях и подходах.

• Зачем нужны строительные роботы?
• Типы строительных роботов с примерами использования
  • Робототехника Universal Robots в строительстве
  • Строительные роботы для кладки кирпичей
  • Универсальный FANUC M-10iA/12S
  • Самоходный вакуумный подъемник-робот Geko PV
  • Роботы краны MCC 804
  • Роботы «Кука» для строительства из дерева
  • Роботы для сноса зданий
  • Дроны в строительстве
• Роботы и 3D-принтеры в строительстве
• Преимущества и перспективы использования роботов в строительстве

Зачем нужны строительные роботы?

Строительные работы всегда связаны с трудоемкими операциями, требующими тяжелого физического труда. Применение роботов-строителей позволяет значительно сократить сроки строительства, облегчить труд на основных и вспомогательных процессах, устранить человеческий фактор, нередко приводящий к тяжелым последствиям, повысить качество и точность строительных работ. В ряде регионов климатические условия затрудняют строительство, а для роботов они не страшны. В конечном итоге роботизация позволяет снизить себестоимость возводимых объектов и расширяет зоны возможного строительства.

Пресловутый человеческий фактор начинает сказываться уже на стадии проектирования сооружений. Все несовершенства человеческого участия способна устранить робототехника. Разработана специальная технология — Building Information Modeling (BIM), позволяющая создавать информационную модель любого объекта. Путем сбора и обработки всех сведений о сооружении и их взаимосвязей формируется трехмерная модель конструкции. Использование роботов повышает точность ее построения с учетом всех воздействующих факторов.

Типы строительных роботов с примерами использования

Ведущие компании, связанные с робототехникой, уже сейчас выпускают разнообразные строительные аппараты, с успехом используемые при строительстве больших объектов. Такие устройства показали свою высокую эффективность на всех стадиях — от проектирования до финишной отделки.

Робототехника Universal Robots в строительстве

Комплексный подход в автоматизации строительных работ продемонстрировали разработчики роботов Universal Robots. Их можно рассмотреть на примере самого легкого представителя этой серии — модели UR3e. Это компактный коллаборативный робот, подходящий для совместной работы с разнообразным оборудованием. Он имеет манипулятор в форме руки, в котором обеспечивается круговое вращение (360 градусов) во всех сочленениях (суставах) и неограниченное вращение в торцевом соединении. Такая подвижность дает возможность выполнения различных работ с подъемом и перемещением предметов весом до 3 кг.

Робот имеет универсальные способности. Его можно использовать для сборки конструкций (в т. ч. для завинчивания и сварки), склеивания, дозировки многокомпонентных смесей и растворов, полировки и зачистки, погрузочно-разгрузочных работ.

Строительные роботы для кладки кирпичей

Возведение кирпичной кладки — это достаточно трудоемкая и однообразная работа. Однако при ее выполнении необходимо тщательно контролировать горизонтальность рядов и вертикальность кладки. Строительные роботы, работающие по соответствующей программе, легко справляются с такой задачей, значительно ускоряя процесс.

Одним из первых аппаратов стал американский робот Construction Robotics SAM. Он способен качественно укладывать более 3000 кирпичей за смену, что в несколько раз превышает возможности человека. На российском рынке можно приобрести модель SAM100, который устанавливается непосредственно на месте возведения стен и обеспечивает нужное качество.

Другой пример — австралийский аппарат Fastbrick Robotics Hadrian X. Работая по программе BIM, он способен действовать по заданной пространственной модели, обеспечивая нужную систему кладки и резку кирпичей в рамках цельной конструкции.

Универсальный FANUC M-10iA/12S

Компания FANUC Robotics создала ряд роботов, которые эффективно выполняют разнообразные строительные работы. Примером может служить модель FANUC M-10iA/12S с укороченной рукой и полым запястьем. Это высокоскоростной аппарат с великолепной подвижностью суставов. Способен манипулировать предметами весом до 12 кг. Такой аппарат справляется с облицовочными материалами. Он может укладывать стекловолокно, пенопластовые и другие плиты. Высокая скорость достигается при ламинировании. Аппарат часто используется при погрузочно-разгрузочных работах, при этом формируется идеальная укладка в штабели.

Самоходный вакуумный подъемник-робот Geko PV

Больших физических усилий требует подъем и монтаж достаточно тяжелых строительных элементов — панелей (например, стеклянных), сэндвич-панелей, листов и плит. Облегчить такие операции способны роботы английской компании GGRgroup. Востребованным аппаратом является подъемник Geko PV. Это самоходное устройство в виде коленчато-локтевого механизма, обладающего специальными захватами вакуумного типа повышенной мощности. С их помощью оборудование захватывает и удерживает габаритные предметы весом до 175 кг. Груз может поворачиваться, фиксироваться в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Роботы краны MCC 804

Указанная компания специализируется и на выпуске роботов-кранов. Они предназначены для сборки строительных конструкций в высотных сооружениях и входят в автоматизированную систему RCA, объединяющую такие подсистемы: подготовка и сборка материала, сборка балок и ферм, строительная система всего объекта, контроль и управление. Среди лучших аппаратов выделяется МСС 804 на гусеничном ходу. Оборудование снабжено телескопической 4-секционной стрелой, способной поднимать груз весом до 8 тонн на высоту почти 14 м.

Роботы «Кука» для строительства из дерева

Для возведения деревянных строений компания Kuka разработала и выпускает специальные строительные роботы. В частности, такими способностями обладает аппарат серии KR Quantec. В нем применена технология сшивки деревянных элементов. С помощью робота можно изготовить различные детали таких конструкций. Например, для павильона в Штутгарте (Германия) было произведено более 150 различных деревянных элементов с разным радиусом закругления. Практически все сооружение аппарат возвел в автоматическом режиме по специальной программе.

Роботы для сноса зданий

Для демонтажа различных сооружений роботы применяются уже несколько лет. Они представляют собой мобильные агрегаты, напоминающие экскаватор. Такие аппараты комплектуются всевозможными инструментами: дробилками, ковшами, молотами, сеялками и т. п. Ими разрушаются бетонные конструкции и демонтируются другие элементы. Характерный пример — телеуправляемый робот Brokk 330D (Швеция). Он работает от автономного дизельного двигателя.

Дроны в строительстве

Новое направление использования роботизированной техники в строительстве — задействование дронов. Они широко применяются для геодезических исследований перед началом строительства, контроля проведения работ и их соответствия проекту. Помимо таких исследовательских функций, дроны способны выполнять и практические работы: очистку территории, покраску, транспортировку и подъем строительных материалов. Примером использования дронов может служить робот-маляр Worker Bee американской компании Apellix.

Роботы и 3D-принтеры в строительстве

Современные 3D-принтеры находят применение в строительстве. Они используются для изготовления отдельных элементов и конструкций путем экструзии, порошковой технологии, аддитивной сварки. Такие детали отличаются высокой точностью, сложными формами и быстрым изготовлением. Американская компания ICON создала даже 3D-принтер, способный напечатать небольшой одноэтажный дом целиком.

Особое внимание уделяется совместной работе строительных роботов и 3D-принтеров. В этом направлении выделяется компания KUKA Branch Technology, создавшая такой конгломерат. С помощью совмещения работы аппаратов удается возвести сложные сооружения ячеистого типа.

Преимущества и перспективы использования роботов в строительстве

Применение строительных роботов имеет ряд неоспоримых преимуществ:

1. Точность монтажа, исключение ошибок при проектировании и строительстве. Создается возможность пространственного моделирования.
2. Существенно снижаются сроки строительства. Обеспечивается четкое выполнение согласованного графика независимо от погодных условий.
3. Оптимальный расход материалов. Существенно сокращается количество отходов.
4. Обеспечение строительства в труднодоступных местах и в экстремальных условиях.
5. Создание сложных, необычных форм, которые невозможно возвести ручным способом.

Несмотря на явные преимущества роботизации строительства, такие роботы все еще применяются редко. Это связано с высокой стоимостью аппаратов и наличием определенного недоверия. Перспективы внедрения роботизированного оборудования огромны. В настоящее время свои разработки предлагают ведущие зарубежные и отечественные компании. В них применены инновационные технологии, что повышает надежность аппаратов и качество работ.

Уже сейчас 3D-принтеры готовы распечатать целые поселения из небольших, но уютных домов. Они могут создаваться в труднодоступных местах, на тяжелых грунтах и вечной мерзлоте. С помощью строительных роботов возможно строительство в Арктике и Антарктике, высоко в горах и под водой. Опробована на практике пространственная печать мостов и башен. Если заглянуть в будущее, то строительные роботы могут стать незаменимыми помощниками при освоении других планет.