O campo de aplicação de robôs de construção foi iniciado nos anos 80, especialmente no Japão, como uma forma: melhorar as condições humanas de trabalho e assim aumentar a atratividade de uma profissão que muitas vezes não é muito apreciada.
Numerosas aplicações para robôs de construção foram sugeridas, como por exemplo:
- Desmantelamento, demolição e desmantelamento de grandes instalações (nucleares)
- Construção de edifícios
- Construção de estradas
- Robôs para construção pesada/civil (perfuração, construção de túneis, terraplenagem, etc.)
- Operações de manutenção
As visões iniciais dos anos 80 e 90 revelaram-se excessivamente otimistas, e o campo da robótica de construção avançou de uma forma muito mais lenta e tecnologicamente menos radical. Em geral, os robôs de construção produziram números significativamente menores de instalação de robôs, como inicialmente esperado.
Entretanto, com o advento da personalização, a rápida adoção de processos de fabricação de aditivos, equipamentos de fabricação em rede e a crescente integração de dados, a construção de edifícios está decolando cada vez mais na atividade industrial e na aparência pública.
A maioria dos processos na construção automatizada de edifícios pode ser agrupada em vários tipos predominantes de operações funcionais:
- Manuseio de materiais (por granel e carga unitária)
- Moldagem de materiais (corte, quebra, compactação, alvenaria e usinagem, às vezes em uma colaboração entre operário e robô
- Junção estrutural (montagem)
- Protótipo de robô-cabo para impressão de concreto 3D
- Planejamento e monitoramento
Os robôs para movimentação de materiais incluem guindastes programáveis e robôs móveis, movimentação de painéis de concreto e alvenaria em canteiros de obras. A união estrutural por robôs foi sugerida no caso de edifícios de aço de arranha-céus, pois a tecnologia de robôs industriais poderia ser facilmente adaptada a esta tarefa. Muitas vezes, a automação da construção favorece uma abordagem dividida: os robôs pré-fabricam automaticamente os elementos de construção (paredes, tetos, células de salas, escadas, etc.) fora das fábricas, e os elementos são enviados aos canteiros de obras onde a união estrutural é feita manualmente.
Na robótica de serviço, o foco de uso na indústria da construção civil é a aplicação no local.
Os robôs estão envolvidos em soldagem de aço, fabricação de armaduras, posicionamento, distribuição de concreto, construção personalizada (alvenaria), acabamento interior, logística no local e operação de fachada. Para tarefas gerais ou de construção civil, os dispositivos robóticos controlados por rádio ou parcialmente autônomos são cada vez mais considerados. Além disso, alguns destes tipos de dispositivos são compartilhados com a indústria de mineração.
Equipamentos de terraplenagem
A Fujita Corporation, uma empresa de construção com sede em Tóquio, desenvolveu o "Tele-Earthwork System" não tripulado em meados da década de 90. Máquinas de construção com controle remoto foram utilizadas incorporando sistemas de comunicação sem fio disponíveis comercialmente em veículos de construção. O sistema compreendia um conjunto de componentes que podem ser instalados rapidamente na maioria das retroescavadeiras convencionais para permitir a operação não tripulada. Ele, juntamente com a instalação de câmeras de monitoramento e sistemas de comunicação de imagem sem fio nas máquinas de construção e em vários locais ao redor do local, permitia aos operadores controlar esses veículos a partir das salas de controle sem a necessidade de ver as máquinas diretamente. A distância máxima entre as salas de controle e os locais é de cerca de 2 km. Foi relatado que o método não tripulado da Fujita havia sido usado para a construção de uma série de check-dams no Monte Fugen (Japão). Uma das motivações para usar o método de construção teleoperada foi a proteção dos trabalhadores contra desastres ou riscos nas proximidades de locais de vulcões ativos..
Em setembro de 2019, o start-up Built Robotics levantou 33 milhões de dólares para sua pilha de autonomia que transforma veículos de construção em robôs autônomos. A tecnologia principal consiste em equipar os veículos de construção existentes com diferentes tipos de sensores e equipamentos de atores e orquestrar esses robôs em frotas autônomas, que podem ser operados remotamente carregando a métrica do projeto em máquinas pesadas como escavadeiras e escavadeiras.
Perfuração e polimento frontal
A perfuração deve ser feita por vários motivos, por exemplo, ao instalar cabos telefônicos ou fios elétricos sob leitos de rios, etc. Para consegui-lo, a superfície tem que ser removida ao longo do percurso. Um exemplo de empresa é a nLink, da Noruega, fundada em 2012, que utiliza braços de robôs industriais para perfuração em canteiros de obras. Desde então, a nLink recebeu vários prêmios por seu robô de perfuração de teto. O processo preciso de perfuração é controlado e orientado por um aplicativo e um laser.
O método de perfuração sem escavação primeiro perfura ao longo de um percurso pré-definido e depois lava e amplia o túnel com um escareador. Quando a cavidade tem o tamanho correto, o tubo de gás ou água do produto, por exemplo, é encaixado através. Às vezes, tais perfurações sem escavação chamadas "micro-túnel" podem ser usadas em cruzamentos de até 2.000m de comprimento e 300m de profundidade com diâmetro abaixo de 1,50m. Este método é ecologicamente correto, pois há menos danos às raízes das árvores e outros objetos subterrâneos. Também há menos poeira, sujeira, ruído e requer menos 20% de espaço operacional. É econômico por ser mais rápido e as ruas ou outras instalações próximas não precisam ser fechadas. Embora sejam necessários menos trabalhadores, eles devem ser bem treinados, já que os robôs exigem mais conhecimento operacional do que as máquinas convencionais. Assim como na construção de estradas, a área de aplicação dos robôs de perfuração está mais ou menos limitada a novas perfurações, já que reparos e outras tarefas de manutenção em dutos muitas vezes exigem uma abertura completa.
Um robô de perfuração sem valas é produzido pela Tracto-Technik. O uso de tecnologias robóticas nestas máquinas de perfuração proporciona melhor manobrabilidade e capacidade de movimentação.
A integração de técnicas de percepção, localização e mapeamento permite movimentos precisos. Outros fabricantes de tecnologias similares também estão atendendo a este curioso mercado. Grandes usuários desta tecnologia chegaram a criar seus produtos e projetos, como o Acemole da NTT.
As escavadeiras de túneis para serviço pesado, produzidas pela Casagrande s.p.a., consistem em uma esteira com dois braços robóticos acionados hidraulicamente para suportar o grande trilho que guia o mecanismo de perfuração.
O controle desta cadeia cinemática espacial fechada aumenta significativamente a precisão e a relação custo-benefício da construção de túneis.
Tanto o projeto cinemático e o controle do robô suportam procedimentos rápidos de posicionamento e melhor precisão de posicionamento de menos de 1cm. a perfuração offshore automatizada tornou-se o foco de atenção das empresas petrolíferas após o desastre no Golfo do México na primavera de 2010. Uma nova plataforma de exploração mais segura é desenvolvida pela empresa norueguesa Nabors Industries. Ela é controlada por sofisticados robôs inteligentes que são controlados usando software fornecido pela Energid Technologies Corporation.
O equipamento consiste de um projeto patenteado encapsulado e compensado por pressão que garante uma solução ambientalmente correta com descarga zero no mar e as mesmas barreiras de segurança que para a perfuração convencional. O controle à distância a partir de uma interface 3D interativa permite uma operação não tripulada.
Em 2018, a empresa produtora de elevadores Schindler AG iniciou um projeto utilizando um robô convencional de 6 graus de liberdade da ABB para perfuração autônoma em poços de elevadores. A Schindler AG e o Council of Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) iniciaram uma parceria focada na pesquisa da robótica de construção.
Outro benefício da automação em aplicações de construção, em geral, é a prevenção de erros. Especialmente em projetos maiores, as falhas podem causar imensos danos financeiros. Portanto, os robôs móveis são equipados com impressoras que marcam o piso existente com dicas e layouts para os trabalhadores manuais. Não apenas para a preparação do trabalho, mas também para o monitoramento do processo, os robôs móveis são usados na construção no local; por exemplo, a robótica escalonável de partida equipa os robôs móveis com sensores para criar mapas em 3D para detectar erros e verificar o processo de construção..
Strabag, uma empresa de construção austríaca, começou a usar os robôs de quatro pernas Spot da Boston Dynamics para a documentação de seus canteiros de obras. Eles são equipados com diferentes tipos de sensores para gerar mapas 3D, por exemplo, no local de construção da estação de trem em Stuttgart, Alemanha..
Nível de distribuição
Durante o primeiro boom robótico nos anos 80 e 90, grandes somas foram investidas, particularmente no Japão, no desenvolvimento de robôs que poderiam resolver a escassez de mão de obra de construção enquanto aumentavam a qualidade. No entanto, esta euforia desapareceu assim que a automação na construção afetou qualquer aspecto dos materiais de construção, processos, logística e operações. em vez de uma revolução na construção, uma evolução muito mais lenta começou, concentrando-se no desenvolvimento de equipamentos especializados para aplicações específicas de alto desempenho, tais como túneis, transporte no canteiro de obras (por exemplo, carregadeiras de rodas), e sistemas de transferência de material para uso local de guindastes semi-automáticos.
Taisei Corporation (Japão) relatou o desenvolvimento de um robô para remoção de amianto de eixos de elevadores encomendado pela New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO, Japão). Os dispositivos robóticos controlados remotamente removem e coletam o amianto pulverizado a seco utilizado em vigas, tetos, colunas e paredes de edifícios. O sistema permite que um operador em uma sala separada controle remotamente um robô usando um monitor de vídeo para remover e coletar o amianto pulverizado, pulverizando água misturada com abrasivos e polímero super-absorvente de um bocal preso à extremidade do braço do robô. As primeiras experiências foram realizadas em um local de demolição de um armazém em Tóquio, em outubro de 2007.
Um robô teleoperado de remoção de amianto também tem sido utilizado para a remoção da camada infestada de amianto nas fachadas dos edifícios. Foi afirmado que o custo e o tempo de uso do robô eram praticamente os mesmos de um processo totalmente manual, no qual a remoção manual ainda é necessária nas partes superior e inferior das fachadas que o robô não pode acessar. No projeto financiado pela UE bots2rec, que terminou em novembro de 2019, a remoção automatizada do amianto foi o principal assunto da pesquisa, uma vez que ainda não está no estado da arte..
A empresa austríaca Baubot é uma das primeiras empresas que desenvolvem um robô multiuso para tarefas de construção. O robô móvel pode imprimir em concreto 3D, manusear materiais, soldar, fresar, pintar e várias outras questões.
Foram introduzidos protótipos de rolos e máquinas de pavimentação robótica, mas apenas alguns poucos produtos estão disponíveis comercialmente agora. Um primeiro desenvolvimento, sugerido nos anos 90, o robô rodoviário da Voegele (agora parte do Grupo Wirtgen, Alemanha) navegou automaticamente sem a necessidade de orientação dos trabalhadores. Ele combinava as tarefas de várias máquinas convencionais de modo que, ao invés de se envolver em várias etapas e fases consecutivas de trabalho, o robô produzia imediatamente a pavimentação final. Até agora, o sistema de robôs não era comercializado.
Outros projetos robóticos para manutenção de estradas foram projetados e avaliados como protótipos:
Os marcadores inteligentes de segurança rodoviária podem substituir a base tradicional dos barris de segurança padrão laranja e branco por um robô móvel. Os robôs de barril podem então se autodesenvolver e se auto-recuperar, removendo os trabalhadores desta perigosa tarefa.
Os componentes centrais destas máquinas de construção móvel são módulos de navegação 2D ou 3D; que podem ser interfaceados com dispositivos específicos.
Guindastes Robotizados e Bombas
A empresa de robôs Brokk oferece diferentes tipos de robôs em aplicações de construção. Com o Brokk 900R, a empresa fornece uma lança robótica que pode ser teleoperada e está equipada com um manipulador de um braço e diferentes ferramentas.
Um exemplo de uma grua ou lança controlada por computador tem sido comercializada pela Putzmeister Bombas de concreto (agora parte de Sany, China) desde 2001. Suas barras móveis de concreto podem ser equipadas com controle computadorizado (Ergonic 2.0) para orientar e programar eficientemente uma corrente cinemática redundante alimentada hidraulicamente (o braço multijuntas). É relatado que a eficácia do tempo, a redução de danos e a qualidade da entrega do concreto foram drasticamente melhoradas para que um retorno muito bom dos investimentos possa ser alcançado. O controlador é um spin-off do sistema de limpeza de aeronaves SkyWash.
Manipuladores robóticos para a alvenaria e a fabricação
O Meyco ME5 Logica, agora Epiroc (Suécia) é baseado nos princípios cinemáticos das bombas de concreto projetado existentes (concreto que é pulverizado em superfícies). Um sensor de varredura a laser mede a geometria do rumo e esta informação é então usada para controlar automaticamente a distância de imobilização e o ângulo do jato pulverizador.
Os robôs de tijolos em canteiros de obras ainda não saíram da fase de protótipo. Entretanto, os robôs industriais convencionais são aplicados na pré-fabricação de paredes de tijolos e outras artes, como na solução por Robótica de Construção.
Os esforços para utilizar robôs para produzir formas arquitetônicas surpreendentes receberam recentemente um reconhecimento significativo. A unidade de fabricação móvel robotizada pode ser usada em qualquer lugar, alojada em um contêiner de carga modificado. Ela combina as vantagens da pré-fabricação – precisão e alta qualidade &ndash consistente; com o benefício de rotas de transporte curtas e produção just-in-time no local da construção. Um projeto diferente, fazendo uso de braços paralelos, foi introduzido por uma equipe de engenheiros australianos. O protótipo “ Hadrian” é alegadamente capaz de fixar 1.000 tijolos por hora. Em 2019, o novo protótipo Hadrian X foi apresentado.
Com 200 blocos por hora, a Fastbrick Robotics aumentou o desempenho do protótipo e avançou em direção à comercialização. Em outubro de 2020, a primeira casa com dois andares foi construída por Hadrian X.
A empresa japonesa Aist está trabalhando em um robô autônomo que pode realizar todo o processo de montagem de placas em paredes. Ao contrário da maioria dos robôs e sistemas de assistência em construção automatizada, o HRP-5P é projetado como um robô humanóide com locomoção de pernas e dois braços para agarrar, transportar e montar tábuas. Com a digitalização em ascensão, a robótica é cada vez mais vista como um capacitador para projetos arquitetônicos surpreendentes que são inspirados por novos materiais, estruturas biônicas e novos processos de fabricação que permitem uma construção única, às vezes aditiva, de estruturas complexas.
Exemplos disso são:
- Uma estrutura segmentada em forma de concha baseada na anatomia de um robô de ouriço-do-mar, que é costurada com componentes de compensado de faia moldada. Outro exemplo é um pavilhão em forma de teia baseado na concha leve de um besouro (Universidade de Stuttgart).
- Uma ponte de aço impressa em 3D criando uma estrutura de suporte de carga que suporta o peso do robô’s enquanto ele funciona.
- Uma frota de zangões foi programada para levantar e empilhar milhares de tijolos de poliestireno, criando uma série de torres no Centro FRAC em Orléans, França.
Entretanto, as atividades de automação da construção e a difusão de robôs de construção reais para aumentar a produtividade do trabalhador’s têm sido inferiores ao previsto, em parte devido à aversão do setor’s aos riscos associados com a introdução de novas tecnologias, especialmente robôs. Além disso, ao contrário de suas contrapartes de fabricação, os canteiros de obras são, em sua maioria, desestruturados, desorganizados e congestionados, tornando-os ambientes desafiadores para os robôs operarem. Enquanto alguns robôs com inteligência limitada estão lentamente encontrando seu caminho para os canteiros de obras, outros continuam com protótipos reduzidos.
Na engenharia pesada e civil há um grande potencial para robótica e automação, devido a condições perigosas. Os primeiros produtos para equipamentos de terraplenagem estão, por exemplo, disponíveis na CAT em quatro níveis diferentes de autonomia que vão desde a execução de tarefas assistivas até veículos totalmente autônomos. Esses veículos, como escavadeiras ou escavadeiras, estão em operação há vários anos, principalmente na mineração.
Considerações de custo-benefício e desafios de marketing
O robô traz o material de forma parcial ou totalmente autônoma, tornando supérfluo o uso intensivo de tempo e mão-de-obra de guindastes. A construção do robô é, portanto, até 30% mais rápida. Ele não depende das condições climáticas - já que a atividade de construção ocorre no interior, o que também a torna menos suja e barulhenta.
A arquitetura do edifício deve ser adaptada de acordo com o método de construção. Os cilindros hidráulicos devem ser colocados nas fundações do edifício para permitir que a unidade de transporte deslize para cima e para baixo. A demanda suficiente por tais edifícios uniformes é essencial para amortizar os custos dos robôs de construção.
A motivação para usar a robótica na construção é facilitar as condições de trabalho, fornecer equipamentos robóticos com dados digitais e sensores em canteiros de obras, aumentar a precisão e estimular a inovação neste setor economicamente enorme em vez de depender de mão-de-obra barata.
Particularmente os equipamentos de construção semiautomatizados ou mesmo controlados remotamente poderiam desempenhar um papel valioso na execução de trabalhos de construção, tornando-os seguros para os trabalhadores humanos da construção.
Os principais benefícios da introdução de robôs nesta área são - a redução do trabalho manual e o aumento da segurança no trabalho.