At the moment, robotics is widely used in many fields: agriculture, medicine, military, industry, etc. An important field of application is the construction industry, which requires constant automation of work processes to ensure accuracy, speed of task completion and to minimize the risks associated with injury to workers during construction work. This article discusses the main types of robotics that are used in construction, highlights their advantages and possible disadvantages.

Keywords: construction robots, cobots, unmanned aerial vehicles, advantages of robotics, additive manufacturing.

Строительство по сей день остается одной из самых трудоемких отраслей в мире и сталкивается с проблемами, связанными с качеством, сроками, безопасностью и сложными условиями. Роботизированные решения в строительстве могут автоматизировать проведение земляных работ, транспортировки, подъема грузов, бетонных работ и сноса. Так же следует понимать, что роботизация в данном случае не должна сопровождаться сокращением рабочих мест, роботы в строительной отрасли рассматриваются как вспомогательные средства, направленные на улучшение процесса работы и ее результатов, а также на упрощение адаптации к быстро изменяющимся внешним условиям. [1]. Передовые строительные технологии также используют преимущества робототехники и машинных решений для таких видов деятельности, как управление отходами, автоматизация задач, промышленное строительство и 3D-печать.

Рассмотрим основные категории роботов, используемых в строительстве:

1. Промышленные роботы. Внешне и своими движениями они очень похожи на человеческую руку [2], к их основным функциям в производстве строительных материалов включают лазерную резку, сварку различными способами, фрезерование, сверление, полировку и зачистку, нанесение клея, герметиков и т. д. Ниже, на рис. 1, а) представлен робот-манипулятор QJAR QJR6–3, имеющий следующие сферы применения: аддитивные технологии, сборка, дозированная подача материала, финишная обработка, обработка материалов, паллетирование, сварка. На рис. 1, б) данный робот используется для проведения сварочных работ на производстве.

Рис. 1. Робот-манипулятор для проведения сварочных работ QJAR QJR6–3.

Промышленные роботы-манипуляторы имеют возможность выполнять функции каменщика, что представлено на рис. 2. Такая машина способна класть 1000 кирпичей в час, их возможность работать 24 часа позволяет без снижения качества работы быстро завершить строительство загородного дома. На основе предварительно запрограммированных данных роботы, установленные на длинных стрелах, точно размещают каждый кирпич с помощью системы лазерного наведения. Эта технология позволяет эффективно использовать силы и ресурсы на строительной площадке. Программа пишется по чертежам дома, а работа может осуществляться от электрогенератора или другого источника тока на стройплощадке [7].

Рис. 2. Робот-каменщик

2. 3D-печать с использованием декартовых роботов. Технологии аддитивного строительства включают в себя применение 3D-принтеров для наслоения материала и создания конструкций. Эти методы позволяют быстрее и эффективнее строить жилые и коммерческие здания. 3D-принтеры могут использоваться для различных проектов, от индивидуальных домов до временного жилья. Декартовые роботы, применяемые в строительстве, оснащены суставными органами, которые двигаются в трехмерной системе координат. [3]. На рис. 3 представлен типичный представитель данного типа роботов — строительный робот для 3D-печати HC1018. Это современное интеллектуальное строительное оборудование для мелкозернистой печати павильонов, скамеек, беседок, террас, цветников и других компонентов архитектурного ландшафта сложной геометрической формы, как на каменной поверхности, так и на бетонной. Устройство автоматически, быстро и точно печатает различные компоненты архитектурного ландшафта на основе трехмерной дизайнерской модели. В качестве материала можно использовать печатный цементный раствор, бетон, геополимер и другие аналогичные материалы. Использование 3D-печати для изготовления опалубки открывает совершенно новый уровень свободы в дизайне.

Рис. 3. Строительный робот для 3D-печати HC1018

3. Коллаборативные роботы, или коботы, представляют собой современные механизмы, способные работать в команде с людьми и выполнять сложные задачи, которые были бы сложно выполнить человеку или роботу по отдельности. В строительной отрасли, где всегда не хватает рабочей силы, коботы могут стать эффективным решением этой проблемы, выполняя неквалифицированную или монотонную работу, такую как сварка, укладка на поддоны и другие задачи. Это позволит освободить человеческий ресурс для выполнения более креативных и менее физически трудоемких задач. Кроме того, коботы могут быть установлены в различных позициях и направлениях, что делает их универсальными инструментами для автоматизации различных процессов строительства. [5]. На рис. 4 представлен коллаборативный робот Doosan A0912 вместе с DC-контроллером (устройство управления) и планшетным ПК, позволяющим легко программировать, а также настраивать различные приложения.

Рис. 4. Кобот Doosan A0912, предназначенный для выполнения однообразных задач в ограниченном рабочем пространстве

4. Беспилотные летательные аппараты (далее — БПЛА). Используются для выполнения различных задач, обеспечивая безопасность и ускорение реализации проектов. Управляемые дистанционно, они предоставляют актуальные данные о ходе работ без необходимости присутствия человека на месте. Это позволяет в реальном времени контролировать процесс строительства [2] на объекте.

С помощью БПЛА проводится 3D-картографирование, т. е. подробная аэрофотосъемка различных участков, по результатам которой с помощью информационного моделирования строительных объектов (BIM) можно построить подробную и точную 3D-модель. Это метод значительно упрощает процесс территориального планирования и подготовки участка к строительству. Кроме того, детальная 3D-модель помогает более точно планировать бюджет и экономить средства в долгосрочной перспективе [2]. Так же их применяют для осуществления удаленного мониторинга и проведения воздушных инспекций стройплощадок без лишних затрат на аренду подъемного оборудования, причем данный вид роботов подойдет и для мониторинга труднодоступных конструкций: систем вентиляции, фасадов и т. д. На рис. 5 представлен геодезический БПЛА DJI PHANTOM 4 PRO RTK-PPK, используемый для аэрофотосъёмки строительных объектов.

Рис. 5. БПЛА DJI PHANTOM 4 PRO RTK-PPK, используемый для аэрофотосъёмки строительных объектов. Источник: https://slysky.ru/

5. Самоходные строительные машины. В то время, как автопромышленность сейчас еще только работает над разработкой беспилотных автомобилей общего пользования, в строительной отрасли автономные машины довольно активно уже используются [2].

Существует несколько основных категорий самоходных машин, каждая из которых имеет свое назначение и область применения: тракторы, самоходные дорожно-строительные машины, внедорожные автомототранспортные средства и другие наземные безрельсовые механические транспортные средства. Одним из самых популярных и востребуемых видов спецтехники при строительстве является колёсный трактор, на базе которого сзади устанавливается экскаваторное оборудование, а спереди машина укомплектовывается ковшом погрузчика. Таким образом, машина становится универсальной: способной выполнять широкий спектр строительных и дорожных работ, начиная от разработки, рыхления грунта и заканчивая погрузкой и разгрузкой сыпучих материалов.

6. Гуманоидные роботы. Развитие гуманоидных роботов представляет собой перспективный путь замещения человеческого труда. Несмотря на то, что их создание пока еще остается в основном на стадии проекта, уже существуют функционирующие человекоподобные машины, такие как робот-строитель HRP-5P из Японии, которые могут стать отправной точкой для новой эры кибернетики, представленный на рис. 6. Он был создан специалистами Национального института передовой промышленной науки и технологии как оброзец, приспособленный к гражданскому использованию. Благодаря искусственному интеллекту и продуманной функциональности робот HRP-5P способен фиксировать и перемещать тяжелые объекты, использовать двери и лестницы, обнаруживать препятствия и обходить их, а также работать с ручным инструментом. Он оснащен сложным комплексом технологий машинного зрения и распознавания объектов для ориентации в пространстве. Однако на данный момент этот робот все еще не может полностью заменить человеческого работника, так как его искусственный интеллект еще недостаточно мощный и не обладает способностью к самообучению. [2].

Рис. 6. Робот-строитель из Японии HRP-5P [8]

Далее рассмотрим основные преимущества внедрения роботов в строительную отрасль:

– увеличение интенсивности труда: машины способны заменить на производстве людей, выполняющих трудоемкие и однообразные операции;

– увеличение стабильности выполнения производственных операций: роботы, используемые в строительстве, в отличие от людей не нуждаются в перерыве на отдых и продолжительность их работы не ограничена трудовым законодательством, поэтому процесс производства может быть постоянным;

– гарантия более высоких качественных стандартов, которые недоступны работнику-человеку: внедрение роботов в строительство позволяет повысить скорость, точность и сложность различных операций [6];

– сглаживание человеческого фактора: люди устают, теряют внимательность, отвлекаются и непроизвольно допускают погрешности, у роботов же нет таких недостатков;

– уменьшение производственных затрат: благодаря высокой производительности, обеспечиваемой [6] роботами, возможно сократить издержки предприятий.

Тем не менее, не смотря на ряд неоспоримых преимуществ внедрения робототехники в строительстве, есть и существенные недостатки:

– высокие затраты на внедрение: приобретение и внедрение роботов в производственный процесс требует значительных финансовых затрат [6];

– техническое обслуживание: роботы требуют регулярного обслуживания и ремонта, что может повлечь за собой дополнительные расходы и простои;

– сложность обучения и программирования: программирование роботов может потребовать специальных навыков и обучения.

В качестве заключения хочется отметить, что, несмотря на описанные выше недостатки, интеграция роботизированных технологий в строительную отрасль представляет собой значительный шаг вперед на пути к улучшению процессов и повышению эффективности в сфере строительства, к которым, несомненно, стремятся передовые производственные предприятия и строительные компании Российской Федерации.

Литература:

1. Иванчук Е. В. Актуальность и направления развития робототехники в сфере дорожного строительства / Иванчук Е. В., Гайдай Р. Р. // Актуальные проблемы науки и техники: материалы Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, г. Ростов-на Дону, 2023. — С. 1022–1023.
2. Применение роботов в строительной отрасли в наши дни [Электронный ресурс]. URL: https://pacs.ru/blog/tekhnologii/kak-roboty-menyayut-stroitelnuyu-otrasl-uzhe-seychas/ (дата обращения: 10.09.2024).
3. Аддитивные технологии в строительстве: применение, преимущества и недостатки [Электронный ресурс]. URL: https://gectaro.com/blog/tpost/bsb6idfvz1-additivnie-tehnologii-v-stroitelstve-pri (дата обращения: 10.09.2024).
4. Более 10 примеров применения коботов JAKA на производстве [Электронный ресурс]. URL: https://top3dshop.ru/blog/primenenija-kobotov-jaka-na-proizvodstve.html (дата обращения: 03.09.2024).
5. Роботы в промышленности: преимущества и области применения [Электронный ресурс]. URL: https://www.alpha-intech.com/blog/robotechnical/rooty-v-promyshlennosti/ (дата обращения: 03.09.2024).
6. Гулякин, Д. В. Использование роботов в строительстве / Д. В. Гулякин, А. А. Ковалева, М. Д. Мавропуло // Сборник статей Международного научно-практического конкурса, г. Пенза, 2018. — Т. 1. — С. 48–51.
7. Степанов, М. А. Особенности применения роботов в строительстве / М. А. Степанов, Е. В. Беликова // Строительные и дорожные машины. — 2020. — № 11. — С. 48–53.
8. https://robotrends.ru/robopedia/1840-shagayushie-gumanoidnye-roboty-vse-sovershennee---hrp-5-mozhet-pomoch-na-stroyke