[00368404]基于机器人技术的特种钢结构加工工艺及系列化装备

该项目属于土木建筑工程施工技术领域。随着国家支柱产业建筑业的发展，建筑钢结构在城市标志性建筑、大型公共建筑中得到广泛应用。近些年，建筑上逐步采用各种新颖美观的空间异形曲面，其钢结构构件制作具有构件精细、节点多杆汇交且数量众多等特点，依靠传统加工工艺、现有技术和设备在技术和经济性均难以适应和实现建筑钢结构加工制造和复杂建造的技术要求。该项目在“国家863计划”(编号:2009AA04Z219)等重大科技攻关项目支持下，针对建筑特种钢结构制造的特点、难点和需求，开展了钢结构节点数字化加工工艺研究及系列制造装备研制，取得了一系列创新成果。1.首创基于机器人技术的特种钢结构数字化加工工艺。在建筑钢结构加工技术领域引入机器人技术，开发了空间多杆汇交的焊接节点、铸钢节点模具单元模块化制作成套工艺及相关数据接口软件，实现了“深化设计一机器人加工一成品检测”数据无缝连接和过程信息化管理，优化了传统工艺流程，降低了加工制作难度，提高效率，节省成本。该数字化加工工艺能适应不同空间角度、不同数量牛腿的节点加工及铸钢节点模具制作，有效解决了空间复杂节点加工精度要求高、人工工效低、成品检测难的系列技术难题。2.基于5自由度混联机器人技术的特种钢结构加工装备。研制了节点制造的5自由度混联机器人工作站，配以不同的末端执行器，开发了参数化数控软件，完成了复杂铸钢节点模具的模块化切割、定位组拼等模具制作；再配以节点端面铣专用设各，完成了复杂焊接节点的模块化切割、定位组拼、端面铣削。在保证高精度前提下，实现了空间复杂节点的数字化、无纸化，将结构加工装备技术提升到新的高度。3.基于机器人技术的特种钢结构双机器人切割系统。研制了管件两端同时切割的双机器人系统，实现了管件的高效率、高精度切割，确保了现场拼装的快捷性和准确性，提高了整体质量。对管件的两端进行同时加工，有效解决了常规相贯线两端分升切割时由于加工基准线不同而造成切割精度相对不高的弊端，确保了管件在长度和两端相贯线形位夹角上的精度，由于工序简化不仅降低劳动成本，且大大提升生产效率。该项目获授权发明3项，授权实用新型3项，软件著作权3项，申请发明2项，技术标准1项，发表论文6篇，专著1部。经科技查新咨询和专家验收，该项目在特种钢结构加工工艺技术方面达到国际先进水平，其中基于机器人技术的特殊钢结构节点模块化制造工艺、制模工艺、数字化加工工艺、混联构型机器人装备及TV机器人双头切割系统等方面居于国际领先地位。研究成果已在世博轴阳光谷、上海自然博物馆、沈抚新城“生命之环”等多项工程中成功应用，并超过德国同类技术，实现重大技术突破，填补多项国内空白，累计新增产值53318万元、利税6410万元、节支4350万元，取得了显著的经济和社会效益，为建筑钢结构行业提供了高精度、高效率、低成本的数字化制造工艺及装备，对中国建筑钢结构机器人化施工技术实现革命性突破和可持续发展具有深远的影响。