Tres métodos de fabricación robótica cooperativa para la construcción de un arco de mampostería sin encofrado

Las estructuras de mampostería geométricamente complejas (por ejemplo, arcos, cúpulas, bóvedas) se construyen tradicionalmente con andamios o encofrados para proporcionar estabilidad durante la construcción. El proceso de construcción de tales estructuras puede mejorarse potencialmente mediante el uso de múltiples robots trabajando juntos en un marco de ensamblaje cooperativo. Aquí se imagina un robot como un agente tanto de colocación como de soporte externo durante la fabricación; la estructura inacabada se sostiene de tal manera que no se requiere andamio. El objetivo de este artículo es presentar y validar la eficacia de tres enfoques de fabricación cooperativa utilizando dos o tres robots, para la construcción sin encofrado de un arco de mampostería estable del cual se construye una bóveda de luz media. Primero se presenta y valida un método numérico simplificado para representar una estructura de mampostería para analizar sistemas compuestos de elementos volumétricos discretos. Este método se utiliza luego para evaluar el efecto de las tres estrategias de fabricación robótica cooperativa sobre el rendimiento de estabilidad del arco central. Se muestra que el método secuencial y el método de voladizo, que utilizan dos brazos robóticos, son métodos viables, pero enfrentan desafíos relacionados con la escalabilidad y la robustez. Al agregar un tercer agente robótico, se hace posible determinar una secuencia de fabricación estructuralmente óptima mediante un proceso de optimización multiobjetivo. Se muestra que el método optimizado de tres robots mejora significativamente el comportamiento estructural en todos los pasos de fabricación. Los enfoques de modelado presentados en este documento están formulados de manera amplia y son ampliamente aplicables para el análisis de secuencias de fabricación robótica cooperativa para la construcción de estructuras de mampostería a través de escalas.