机械臂绑扎钢筋网笼中长纵筋导向方法

赵荣彪，苏世龙，樊则森，雷俊，洪浩然，张铁虎，马栓鹏

（中建科技集团有限公司深圳分公司，广东 深圳518118）

1 引言

近年来，建筑行业越来越关注信息自动化和数字建造方面的应用。建筑业作为中国的支柱产业，正面临劳动力极其短缺的严峻考验。同时，建筑施工安全性差，劳动生产率和产品质量合格率低等问题一直困扰着整个建筑行业。

中建科技集团有限公司作为国务院“百户科技创新型企业”，积极响应国家科学发展，布局未来号召，为推动建筑工业化发展，结合自身装配式建筑的优势，对智能建造机器人应用技术展开了各项研究，旗下中建科技集团有限公司深圳分公司科创中心自主研制了基于工业机械臂的飘窗钢筋网笼自动化生产线，从建筑施工现场以及建筑工业化部品的生产实际需求出发，旨在解决当前建筑业劳动力成本升高的行业痛点，可用于建筑工程、公共工程、地下工程、管道工程等日常钢筋混凝土构件中钢筋的定点与绑扎，特别是应用于装配式建筑预制构件生产作业中，解决PC构件中复杂钢筋网笼的生产，可大量节约建筑工业化部品生产过程及施工过程中的劳动力成本，提高了钢筋绑扎的生产效率和产品质量，提高生产安全，降低事故率。同时，将快速填补市场空白，引领并应对人工智能和机器人时代的建筑业变革，让智造助力制造腾飞。

在实施该技术应用的过程中，调直后的钢筋来料的一致性和直线度差异对于机械臂自动搭建钢筋网笼钢筋产生了较大影响。在进行穿长纵筋的工序时，纵筋极易出现因弯曲变形导致纵筋易与其他钢筋发生干涉，而不能穿过下一环形箍筋现象，在一定程度上降低了钢筋笼的制造效率，是一个“卡脖子”问题。本文结合机械结构和控制系统等方面，系统论述解决该痛点、难点问题的一种方法及机构。

2 机械臂绑扎钢筋网笼中长纵筋导向方法及机构方案

2.1 方案总体思路

方案总体思路见图1。

图1 方案总体思路简图

在基于工业机械臂的飘窗钢筋网笼自动化生产线的钢筋网笼骨架搭建工序实施过程中，采用双机协作完成机械臂自动搭建钢筋网笼骨作业。1台机械臂负责通过移动/转动闭合的纵筋导正机构，以调整纵筋导正机构的位置，移动到如图1所示的指定位置，形成纵筋穿入“通道”，以利于纵筋导正机构对正在穿过环形箍筋的纵筋逐步进行导正，并对穿入纵筋起支撑作用，避免纵筋跨度较长弯曲导致穿入不畅，甚至不能顺利穿过的情况。另一台机械臂负责抓取长纵筋通过带滚轮的末端执行器从环形箍筋钢筋网笼骨架一末端穿入，期间进入到导正机构的第一个导向机构，然后依次通过，完成长纵筋摆放作业。纵筋摆放完成后，导向机构打开，机械臂移动从钢筋网笼骨架移走，进行下一个位置长纵筋摆放作业，直到整个钢筋网笼骨架搭建完成。经实际样机测试，效果良好，大大提高了自动化产线生产效率。

2.2 导正机构机械组成

导正机构主要由机构骨架、气手指气缸、导向机构组装。导向机构内通孔设计为漏斗状，大直径端留足余量，可解决长纵筋因自身弯曲变形产生位移偏差而引起的穿入不畅问题，小直径端可确保长纵筋穿入在指定空间位置点，且漏斗状是两半组合，可依靠气动手指进行开合，方便长纵筋放置作业完成后导正机构的取出。

2.3 导正机构控制原理

导正机构控制原理见图2、图3。

图2 导正机构电气控制原理图

图3 导正机构气动控制原理图

如图2所示为导正机构电气控制原理图，1个电磁阀同时控制7个气手指气缸的开合，每个气手指气缸上装有检测传感器，用于检测气手指的开合状态，进而判断导正机构的工作状态。

如图3所示为导正机构气动控制原理图，当机械臂带着导正机构移动到指定位置直到长纵筋通过导正机构完成穿入环形箍筋作业，气手指气缸都处于闭合状态；当导正机构完成穿入环形箍筋作业后，需要移除钢筋网笼骨架时，气手指气缸打开，长纵筋与导正机构分离，自然掉落到钢筋网笼搭建骨架的工装支撑架上。该导正机构结构简单、紧凑，给易弯曲变形的长纵筋以导正，避免了与钢筋网笼骨架其他钢筋干涉，使其顺利、快速地穿入放置，效果明显。

3 结语

建筑机器人的研发具有鲜明的“应用导向”特色，其发展依赖于2方面的因素：一是相关通用机器人技术的进步；二是对建筑行业施工需求的准确提炼。与之相对应，开展建筑机器人研究需立足于这2个方面，即在明确建筑施工所面临技术难题和从业者实际需求的基础上，通过对现有机器人技术的集成、改造和创新，实现建筑机器人技术的发展与进阶。本文介绍的这种用于机械臂绑扎钢筋网笼中长纵筋导向方法及机构从应用实际出发，针对其中“卡脖子”问题进行研究，经过样机测试，效果良好，大大提升了飘窗钢筋网笼自动化生产线的生产效率，且该项技术也可在其他类似问题的场景中进行应用。