机器人在建筑施工中的应用与发展

发布时间：2020-07-14

　　摘要：近几年来，我国建筑工程规模正在不断扩大，建筑行业也迈向更高层次的发展阶段。要结合建筑行业的特征，充分应用机器人技术，吸取机械结构与控制系统的优势，有效提高建筑工程的质量与施工效率。

　　关键词：机器人;建筑施工;应用;发展

　　引言：建筑行业发展受到高度重视，采取有效的措施提高建筑工程施工水平，以此带动本国经济发展。由于不同国家的国情不同，因此其所采取的措施也会有所不同。中国社会已经步入老龄化阶段，人口数量庞大，劳动力质量正在不断下降，这就会对建筑行业的发展带来许多制约。建筑施工具有其自身的特殊性，需要大量的人员才能确保工程顺利完成。此外，建筑施工中包含许多危险因素，稍不留神就容易出现安全事故，给人们的生命财产安全带来严重的威胁。此外，建筑行业对于资源的需求量较大，如果只采用粗放式管理，就会导致人员、资源不能发挥出有效的作用，还会影响到建筑施工质量。因此，我国根据建筑行业的特点引进机器人技术，期待解决上述问题。

　　一、我国机器人在建筑行业中的发展现状

　　目前，在建筑行业中，机器人技术的发展尚处于初级阶段，并未形成规模化生产。现有的机器人种类比较多，我国建筑行业对于机器人的研究比较少，通常会在高层建筑外墙清洗与建筑施工自动化安装等方面有所涉猎。比如，高楼幕墙清洗机器人就是由江西理工大学研究和开发。高楼幕墙清洗机器人功能比较多，除了可以实现基本的移动与清洗功能之外，还可以有效提高清洗的速度。此外，在863项目中的室内板材安装机器人主要采用混联式机构，能够实现对质量较重的板材安装，精确度比较高。

　　期刊推荐：《机器人》是经中华人民共和国新闻出版总署批准，由中国科学院主管，中国科学院沈阳自动化研究所、中国自动化学会共同主办的科技类核心期刊，主要报道中国在机器人学及相关领域具有创新性的、高水平的、有重要意义的学术进展及研究成果，由中国科学出版社出版。

　　自2000年以来，我国企业开始认识到机器人技术的重要性，并开始使用机器人完成相应的工作。近几年来，我国建筑施工的成本正在不断上涨，国家的产业政策也影响到各大建筑企业的利润。与其他行业相比，建筑行业应用互联网、物联网等先进技术的时间比较晚，导致建筑施工、管理等方式比较落后。由于我国的人口红利优势正在不断下降，这就使得中国经济发展出现许多变化。目前，建筑施工现场的劳动力成本正在不断提高，企业需要采用智能机器人开展施工，才能减少用工支出。由此可见，在建筑施工领域中，机器人具有广泛的发展前景。目前，我国机器人技术还处于不断探索的阶段，由于建筑行业分工明确，在开发机器人技术时必须要有很强的针对性。

　　二、机器人在建筑行业中关键技术应用

　　在建筑行业中应用机器人的目的是要降低成本，提高施工效率，保证工程质量，而这则离不开机器人中所包含的关键技术。

　　1、结构设计

　　许多机器人的体积庞大，虽然技术比较先进，但在实际使用中却不能进一步发挥作用。为确保机器人的功能得到正常发挥，就要对现有的机械结构进行优化，可以采用质量较轻的材料。比如，可以用并联机构的工作原理，对机器人机构进行改进，确保结构更加简单。可以积极对材料性能进行完善，采用更加先进的复合型材料，降低生产成本，获得更加轻便的机器人。

　　2、传感器技术

　　在建筑行业中应用传感器技术可以及时对周边的工作环境进行感知。由于建筑行业分工比较明确，就需要工业机器人相关技术，在使用的过程中具有很强的针对性，因此安装具有不同功能的传感器十分必要。常见的传感器器类型有压力型、视觉型和声控型。在板块安装中，需要机器人对板块夹紧，同时还要对力度进行精准的控制。目前，有一种绝对压力传感器可以承受的最大压力为100 MPa，其主要是基于伯内特方法，拥有PVT 相态特征。机器人具有类似人的视觉，这就赋予机器人以灵活移动的功能。此外，还有一种视觉传感器网络技术可以缩短机器人的检测过渡时间;声控传感器可以利用人的语言对机器人实现控制，目前，有一款基于声控传感器技术的教育机器人对声音的识别率可达到70%以上。

　　3、导航定位技术

　　导航定位技术可以保证机器人顺利、安全达到指定位置。机器人在移动的过程中，会利用遗传、蚂蚁等先进的运算方法对路径进行合理规划，再通过传感器予以有效辅助，与此同时，还要确保机器人能够顺利避开各种障碍物，躲避死角，从而实现精准定位。有一种具备超声波功能的室内导航定位系统就可以确保机器人对移动的位置进行准确判断，而且定位精度可得到厘米级别。还有一种导航定位技术是在原有的激光导航系统上改进而成，还具备融合编码器、陀螺仪UKF传感器功能，使定位的精度大大提升。

　　4、控制系统

　　为了进一步发挥出机器人的功能，就要利用控制系统对其行为进行合理控制，使其能够根据人们的要求进行生产操作，确保生产更加安全、高效。在控制系统中，要具备智能化和自动化功能，还要确保系统迈向模块化与集成化发展方向。在进行模块化重组时，机器人的结构和机械惯性等内容都会发生一些变化，如果可以将PID 与 IFT相结合就可以保证控制系统发挥出有效的作用。为了进一步丰富而控制系统的功能，还可以在原有的基础之上采用神经模糊推理系统和智能化系统，使机械手滑模控制器实现智能化发展，同时还可以确保控制器具有良好的抗干扰效果。此外，在VRCS型机器人的控制系统中，可融入语言识别技术、智能化技术、导航定位技术和恰当的运算方式，机器人就可以对语音进行自动化识别，提高导航定位的精准度。

　　三、机器人在建筑施工中的应用建议

　　1、加大引导力度，鼓励企业创新

　　在建筑施工中，不能简单将机器人视作一种工具或先进技术，而是要通过机器人改变现有的生产方式和管理模式，有效提高建筑施工技术水平，使建筑行业能够不断发展壮大，实现改革与创新。在机器人中除了先进的智能化技术和信息技术之外，还有数字化技术，云计算技术等，这样就会促进我国建筑施工实现自我突破，还可以转变我国建筑行业的格局。政府要对其进行有效的引导，制定与建筑施工机器人应用有关的各项政策，提高广大企业参与的积极性和主动性，使其能够积极应用机器人开展建筑施工。在各项政策中可以通过减免税收、无息贷款等多种方式鼓励企业不断创新。广大企业要充分意识到机器人技术的重要性，并做出合理的决策，购进先进的技术和装备，有效提高企业的核心竞争力。

　　2、选择智能化制造试点

　　为了进一步促进机器人在建筑施工中发挥出更加重要的作用，就要积极建设智能化制造试点，鼓励企业参与其中。当试点获得成功后，政府要进一步引导各大企业研究和开发先进的智能化与自动化技术，保证建筑施工模式不断改进，有效提高生产效率。只有使更多企业参与其中，给企业带来真正的收益，才能保证机器人在建筑工程中的应用范围不断扩大。

　　结语：

　　建筑行业的危险系数很高，在施工中很容易出现事故。建筑工程施工的任务量比较中，施工人员数量有限，如果不能采取有效的措施改变现状，就会导致施工效率不断下降。在这一背景下，应用机器人技术可以确保建筑行业实现可持续发展，转变传统的施工理念和施工方式，使建筑施工中融入更多的先进技术，实现建筑行业转型，促进我国经济飞速发展。——论文作者：洪景胜