隨著科技發(fā)展，近年來智能建造和建筑工業(yè)化成為建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新方向。一大批智能制造和機(jī)器人企業(yè)異軍突起，在建筑行業(yè)已經(jīng)有不少機(jī)器人開始代替人工參與到建筑施工作業(yè)中了。鋼筋綁扎機(jī)器人、混凝土整平機(jī)器人、智能抹灰機(jī)器人、智能鋪磚機(jī)器人等智能建造設(shè)備及智能建造機(jī)器人，涉及范圍涵蓋建筑、橋梁、市政、隧道等多個(gè)施工領(lǐng)域。

       中科深谷CSPACE實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)助力西安某高校最新研發(fā)的開源自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)吹響了建筑行業(yè)“集結(jié)號(hào)”！

01、背景

       在人口老齡化的背景下，建筑工地的老齡化顯得更為嚴(yán)重。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014-2021年，我國建筑工人數(shù)量從6109萬人下降至5164萬人。這數(shù)據(jù)意味著目前工地上的主力軍是50歲以上的工人，也意味著用不到10年在現(xiàn)有的條件不變的情況下全國的建筑市場(chǎng)會(huì)萎縮一大半......或許，大力推進(jìn)“智能建造的研發(fā)與應(yīng)用”和“建筑業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型”才是應(yīng)對(duì)人口老齡化背景下的未來建筑用工危機(jī)的最佳姿態(tài)！

02、痛點(diǎn)

       鋼筋綁扎連接是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工的主要工序之一，根據(jù)操作方式不同，鋼筋綁扎形式可分為人工綁扎和機(jī)械式綁扎兩種。鋼筋綁扎是一個(gè)艱苦的手工過程，需要進(jìn)過系統(tǒng)訓(xùn)練才能完成。而作為一個(gè)機(jī)器人，它也沒有經(jīng)過訓(xùn)練，只是通過機(jī)器學(xué)習(xí)來完成其工作，使得它們?nèi)狈缮炜s性和靈活性，無法執(zhí)行不同范圍或更高難度的作業(yè)任務(wù)。而中科深谷CSPACE實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)在機(jī)器人控制器開發(fā)領(lǐng)域擁有豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及成熟產(chǎn)品，在建筑機(jī)器人算法研究方向積累了多年的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)有深刻認(rèn)識(shí)與研究。

03、解決方案

       中科深谷以客戶需求為導(dǎo)向，以技術(shù)能力為基礎(chǔ)，為西安某高校提供專業(yè)詳細(xì)的定制化解決方案。該方案通過采用CSPACE實(shí)時(shí)仿真控制系統(tǒng)，針對(duì)于自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)，模擬了鋼筋捆扎的整個(gè)流程，由鋼筋捆扎臺(tái)、移動(dòng)底盤、六自由度協(xié)作機(jī)械臂、自動(dòng)鋼筋捆扎工具及視覺定位系統(tǒng)組成。移動(dòng)底盤到達(dá)鋼筋捆扎臺(tái)前，根據(jù)視覺定位系統(tǒng)，自動(dòng)識(shí)別鋼筋臺(tái)上要捆扎的鋼筋交叉點(diǎn)，再通過協(xié)作臂和自動(dòng)鋼筋捆扎工具實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋交叉點(diǎn)的全自動(dòng)捆扎。該平臺(tái)精準(zhǔn)地對(duì)鋼筋進(jìn)行識(shí)別和綁扎節(jié)點(diǎn)的定位，進(jìn)行智能化的鋼筋綁扎。以機(jī)器替代人工實(shí)現(xiàn)鋼筋綁扎的自動(dòng)化加工，具有識(shí)別智能化、操作簡(jiǎn)單化、生產(chǎn)效率化等特點(diǎn)；在其開發(fā)過程中運(yùn)用了底層電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)、移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航定位研究、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究、機(jī)器視覺開發(fā)、5G遠(yuǎn)程通信應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)。該平臺(tái)還支持采用MATLAB/Simulink和ROS聯(lián)合開發(fā)，支撐相關(guān)科研人員在該平臺(tái)上進(jìn)行深度學(xué)習(xí)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人移動(dòng)作業(yè)等人工智能的應(yīng)用研究。

開源自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)的組成部分

01、機(jī)械臂本體

       協(xié)作機(jī)械臂本體技術(shù)參數(shù)如下圖所示，本體為六自由度，額定負(fù)載3Kg，工作半徑626mm，本體自重12Kg，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝。機(jī)械臂關(guān)節(jié)模組采用智能集成化設(shè)計(jì)，將諧波減速機(jī)、力矩電機(jī)、高精度絕對(duì)值編碼器、高精度增量式光電編碼器、驅(qū)動(dòng)器等集成一體，每個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)通過CAN總線組網(wǎng)。

單臂尺寸

02、移動(dòng)底盤

       移動(dòng)底盤使用我公司自主研發(fā)的重載底盤。該底盤采用四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、四輪差速轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)，并配合獨(dú)立懸架。

03、綁扎工具

       綁扎工具考慮如下圖所示的電動(dòng)手持式全自動(dòng)扎鉤綁扎工具?？商峁┰摽町a(chǎn)品的定制款，定制款會(huì)引出電源、控制和反饋信號(hào)。這些信號(hào)均可以接入到機(jī)械臂和底盤系統(tǒng)上。

       機(jī)械臂末端集成該綁扎工具，通過視覺識(shí)別鋼筋的交點(diǎn)位置，然后機(jī)械臂末端移動(dòng)到相應(yīng)位置，并發(fā)出綁扎信號(hào)，控制綁扎工具完成鋼筋的綁扎工作。

04、開源視覺系統(tǒng)

       開源視覺系統(tǒng)使用因特爾RealSense D435深度相機(jī)和?？低暤腢62相機(jī)。D435x相機(jī)提供了多種語言版本的SDK，算法上可使用開源的OpenCV庫進(jìn)行開發(fā)，能夠滿足該項(xiàng)目的教科研需求。

05、激光雷達(dá)

       室內(nèi)應(yīng)用主要是使用2D單線激光雷達(dá)。使用思嵐A2雷達(dá)，根據(jù)總控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)類型，可使用思嵐集成模塊或基于ROS的SDK，能實(shí)現(xiàn)讀取導(dǎo)航模塊的數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)建圖、導(dǎo)航、定位等功能。定位精度可在2cm以內(nèi)。

開源自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

01、采用工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，核心器件符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，適合建筑場(chǎng)景應(yīng)用；

02、基于模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，功能豐富；

03、模塊均采用自主開源化的框架，可自由進(jìn)行單獨(dú)或融合算法研究；

04、采用MATLAB/Simulink和ROS進(jìn)行算法開發(fā)研究，能夠適應(yīng)大部分科研人員的研究基礎(chǔ)；

05、提供大量的Demo算法及實(shí)驗(yàn)案例，供用戶在更深層次上的學(xué)習(xí)和研究；

06、產(chǎn)品可進(jìn)行二次開發(fā)，預(yù)留開發(fā)接口，提供全方位的技術(shù)支持；

07、使用高性能計(jì)算機(jī)作為主控系統(tǒng)，滿足大量數(shù)據(jù)的處理運(yùn)算需求；

08、也可用于自動(dòng)駕駛、智能物流倉儲(chǔ)、智能識(shí)別、安防巡檢等領(lǐng)域的研究及應(yīng)用。

開源自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)的應(yīng)用案例

01、多鋼筋交叉點(diǎn)識(shí)別定位

02、Matlab/Simulink模型設(shè)計(jì)

03、ROS下的SLAM定位導(dǎo)航

04、Matlab/Simulink與GAZEBO聯(lián)合仿真

05、ROS下定位導(dǎo)航仿真

       鋼筋綁扎機(jī)器人是建筑機(jī)器人的一種，是在鋼筋綁扎施工過程中，用于替代人工操作的機(jī)器人。當(dāng)下建筑機(jī)器人快速發(fā)展正在改變整個(gè)建筑行業(yè)，尤其是鋼筋綁扎機(jī)器人近年發(fā)展迅猛。鋼筋綁扎機(jī)器人智能化水平較高，憑借效率高、工作可靠、成本低等優(yōu)勢(shì)與特性，一定程度上緩解建筑工人緊缺問題。鋼筋綁扎機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)鋼筋綁扎過程的全自動(dòng)化，鋼筋綁扎機(jī)器人在未來的建筑行業(yè)應(yīng)用中必將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。而中科深谷開源自動(dòng)扎鋼筋平臺(tái)的出現(xiàn)，吹響建筑行業(yè)的“集結(jié)號(hào)”。未來中科深谷將持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，為建筑機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)提供更加高效、專業(yè)的工具與技術(shù)支撐。