3. Роботизация

Дальнейшее вытеснение ручного труда в строительстве мо­жет быть достигнуто за счет роботизации, т. е. применения промышленных роботов при выполнении целого ряда техноло­гических процессов.

Роботом называется машина, которая частично или полно­стью выполняет функции человека. Выделяют три разновидно­сти роботов: с жесткой программой действий; управляемые че­ловеком — оператором; интегральные, действующие целенаправ­ленно («разумно») без вмешательства человека.

Промышленные роботы относятся к обширному классу ма­шин, оснащенных манипуляторами. Манипулятор — это устрой­ство, предназначенное для выполнения рабочих функций руки человека и управляемое либо оператором, либо автоматически по определенной программе. Манипулятор с ручным управле­нием (биотехнический манипулятор) может управляться либо дистанционно, либо кинематически путем перемещения рабочих органов. Рабочий орган имеет электромеханический, гидроме­ханический или пневматический привод, органы управления и механизмы в виде захватов, клещей и т. д. Управляющие сиг­налы подаются на рабочие органы манипуляторов от органов управления, которые могут быть трех разновидностей:

копирующего типа, когда движения рабочего органа повторяют движения кисти оператора (биотехнический манипу­лятор) ;

командно-дистанционного типа, когда движения рабочего органа не связаны с задающим устройством кинема­тически, а управление производится с помощью кнопок, тумбле­ров, контроллеров, микропроцессоров и т. д. (биотехнические манипуляторы с дистанционным управлением — полуавтомати­ческие манипуляторы);

автоматического типа, когда движения рабочего органа осуществляются по программе, реализуемой устройством в виде аналогового регулятора, цифровым программным устрой­ством, устройством числового программного управления (ЧПУ), микропроцессором, программатором, мини-ЭВМ, малой ЭВМ. К автоматическим манипуляторам относятся автооператоры, промышленные роботы и интерактивные роботы (манипуля­торы).

Автооператор представляет собой манипулятор с жесткой программой движений, у которого рабочий орган, структурная схема задающего устройства и реализуемая последним управ­ляющая программа предназначены для автоматического выпол­нения одной технологической операции, входящей в технологи­ческий процесс (автооператоры смены инструмента, литья под давлением, листовой штамповки, точечной сварки и т. д.).

Промышленный робот является перепрограммируемым ав­томатическим манипулятором, способным выполнять определен­ный набор разнородных технологических операций (в зависи­мости от управляющей программы) без участия человека. Та­кие роботы могут быть активными к изменению условий труда (с имитаторами органов чувств человека в виде специ­альных датчиков) и самообучающимися (с устройством памяти задаваемых оператором действий).

Интерактивные роботы (манипуляторы) относятся к одному из перспективных направлений развития промышленных робо­тов. Они могут иметь автоматизированную систему уп­равления, когда автоматические режимы управления могут при необходимости чередоваться с биотехническими, и сенсор ную, когда заданный режим управления реализуется автома­тически, а переход к другим режимам осуществляет оператор. Переключение режимов может им производиться вручную (пе­реключателями, кнопками, тумблерами), программно (на од­ном из алгоритмических языков или введением текста с пульта) или (в перспективе) голосом. Задающее устройство связано с рабочим органом связующим органом (устройством связи, ин­терфейсом и т- д.)- Принцип построения и схемы связующих и исполнительных органов зависят от типа и принципа построе­ния задающего устройства и назначения промышленных ро­ботов.

По характеру операций промышленные роботы подразделя­ются на производственные, подъемно-транспортные и универ­сальные. Производственные (технологические) выполняют ос­новные операции технологического процесса: гибку, сварку, сборку, окраску и т. д. Подъемно-транспортные (вспомогатель­ные) производят операции типа «взять — перенести — поло­жить». Универсальные роботы сочетают в себе признаки произ­водственных и вспомогательных роботов.

По степени специализации промышленные роботы делятся на целевые (специализированные) и многоцелевые. Целевые предназначены для осуществления технологических операций одного вида (штабелирования, сварки и т. п.), многоцелевые — для выполнения разнообразных по характеру основных либо вспомогательных операций.

По характеру реализации программ промышленные роботы можно подразделить на электропрограммируемые, адаптивные и интегральные (гибко программируемые). Первая группа ро­ботов получила наибольшее распространение благодаря отно­сительно низкой стоимости, высокой надежности и простоте в эксплуатации. Недостатком их является то, что программа действий робота не может быть изменена при изменении усло­вий производства (изменении качества материалов, условий внешней среды и т. д.), а должна разрабатываться каждый раз заново. Адаптивные роботы имеют датчики-имитаторы органов чувств, позволяющие корректировать программу их действий. Интегральные роботы способны сами формировать программу своих действий или задание цели, давать информацию об объ­екте управления и явлениях внешней среды (к ним относятся, в частности, самообучающиеся роботы).

По характеру и дискретности перемещений рабочего органа промышленные роботы делят на позиционные (от точки к точке), контурные (по заданной траектории) и комбиниро­ванные (сочетающие первые два принципа с выбором кратчай­шего пути до заданной точки перемещения).

Промышленные роботы (манипуляторы с программным уп­равлением) предназначены для выполнения функций человека в тех условиях, когда его использование либо невыгодно, либо вообще невозможно. В строительном производстве роботы могут использоваться при очистке и окраске металлоконструкций, малярных работах, монтаже сборных конструкций, при кирпичной кладке, сварке, погрузочно-разгрузочных и подъемно-транспортных работах

и т. д.

Сварочные работы при формировании, например, крупных блоков покрытий, должны производиться роботами, способ­ными манипулировать с крупногабаритными деталями, т. е. имеющими большую грузоподъемность. Кроме того, они должны адаптироваться к внешним факторам, влияющим на качество сварного соединения при управлении сварочным процессом, а при перемещении сварочной головки — учитывать погрешно­сти изготовления и температурные деформации изделия.

Роботы могут быть широко использованы для сварочных операций при условии создания систем управления ими на базе микропроцессоров, позволяющих изменять алгоритмы обучения роботов в зависимости от класса изделий, оптимизировать про­странственное положение рабочего органа для образования сварного соединения высокого качества, управлять источником питания и скоростью подачи присадочного материала в каждой точке сварного соединения, синхронизировать перемещение ро­бота н вспомогательного оборудования роботизированного тех­нологического комплекса с процессом сварки.

К вредным технологическим процессам относятся малярные работы, связанные с выделением токсичных паров и пыли. Из отечественных роботов для очистки и окраски мелких деталей предназначены роботы типа ПРК-20, а для окраски плоских поверхностей— «двурукие» роботы PO/IB.

При обучении робота первого типа оператор производит окраску одного изделия вручную, перемещая «руку» робота. Траектория движения запоминается системой управления ро­ботом, после чего однотипные изделия окрашиваются им авто­матически. Программа работы второго робота набирается на специальном наборном поле.

Роботы, используемые для очистки и окраски наружных по­верхностей, оснащаются поворотной телескопической стрелой, установленной на подвижной тележке. На конце стрелы закреп­ляется рабочее приспособление (вращающийся валик, прово­лочная щетка, краскораспылитель и др.). Поворот стрелы и движение тележки осуществляются по программе или дистан­ционно.

Формирование крупных блоков (модулей) покрытий одно­этажных промышленных зданий на конвейере может произво­диться из конструктивных секций, изготовленных в цеховых ус­ловиях. Для сборки конструкций самих блоков (модулей) мо­гут быть применены серийно выпускаемые сварочные роботы типов «Спорг-1», ИЭС-690 и другие в сочетании с кантовате­лями, поворотными устройствами и иными вспомогательными приспособлениями.

Сборочные роботы, осуществляющие простейшие механиче­ские операции типа соединения «втулка — вал» (ММ-063, РС-3, РС-4, «Спорт-1» и др.), могут найти применение при сборке элементов структурных покрытий. Для более сложных процес­сов механической сборки могут использоваться роботы второго поколения, способные воспринимать информацию о внешней среде, т. е. о расположении захвата относительно сборочных элементов и узлов, а также изменять усилия в зависимости от объектов сборки.

Б машиностроении, станкостроении и в ряде других про­мышленных отраслей уже успешно функционируют автомати­зированные линии и роботизированные технологические комп­лексы, позволившие увеличить объем и улучшить качество про­дукции без увеличения численности работающих.

В строительстве же наблюдается существенное отставание в создании автоматизированных и тем более роботизированных технологических комплексов и линий. Объясняется это в пер­вую очередь характером и специфическими особенностями тех­нологии изготовления строительной продукции. В отличие от промышленной продукции, перемешаемой от одного технологи­ческого поста к другому, строительная продукция остается не­подвижной, вследствие чего необходимо создание машин и механизмов с программным управлением, которые передвига­лись бы вдоль фронта работ. Трудность создания таких пере­движных автоматизированных и роботизированных технологи­ческих комплексов, функционирующих только в период со­оружения строительного объекта (или его частей), является главным препятствием для их широкого внедрения.

Технология изготовления сборных конструкций на предприя­тиях строительной индустрии наиболее близка к технологиче­ским процессам в машиностроении, что обусловливает роботи­зацию производственных процессов, в первую очередь именно на технологических линиях таких предприятий.

В судостроении, например, сборочные операции при форми­ровании корпуса судна производятся так называемыми корпу-сомонтажными комбайнами. Использование ЭВМ и роботиза­ция этих комбайнов позволили резко снизить трудоемкость работ и повысить их качество. Использование опыта автомати­зации и роботизации корпусомоптажных комбайнов может способствовать созданию аналогичных агрегатов для монтажа зданий из сборных конструктивных элементов заводского изго­товления.