Automação na Construção Civil

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS CAMPOS DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

JEAN THARLEY DE FREITAS

AUTOMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

ANÁPOLIS/GO 2015

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JEAN THARLEY DE FREITAS

AUTOMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS.

ORIENTADOR: Prof. Pós Dr. AUGUSTO FLEURY VELOSO DA SILVEIRA ANÁPOLIS/GO: 2015

FICHA CATALOGRÁFICA FREITAS, JEAN T. DE FREITAS. Automação na Construção Civil. (ENC/UEG, Graduando, Engenharia Civil, 2015). Trabalho de conclusão de curso - Universidade Estadual de Goiás. Campus de Ciências Exatas e Tecnológicas. Curso de Engenharia Civil. 1. Automação na Construção Civil

2. Inovação

3. Tecnologia

4. Planejamento de canteiro de obras

5. Engenharia Civil

6. Segurança no trabalho

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA FREITAS, J. T. Automação na Construção Civil. Trabalho de conclusão de curso, Publicação ENC., Curso de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Goiás, Anápolis, GO, 2015. CESSÃO DE DIREITOS NOME DO AUTOR: Jean Tharley de Freitas. TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Automação na Construção Civil. GRAU: Graduando em Bacharelado em Engenharia Civil

ANO: 2015

É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste trabalho de conclusão de curso e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor. Jean Tharley de Freitas. Rua Boa Vista, Número 159, Formosinha. CEP 73813-020 - Formosa/GO – Brasil

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JEAN THARLEY DE FREITAS

AUTOMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SUBMETIDO AO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL.

APROVADO POR:

AUGUSTO FLEURY VELOSO DA SILVEIRA, Pós Dr. (UEG). (ORIENTADOR)

MARIA LUÍSA ADORNO, Dra. (UEG). (EXAMINADOR INTERNO)

DATA: ANÁPOLIS/GO, Novembro de 2015.

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"É muito melhor lançar-se em busca de conquistas grandiosas, mesmo expondo-se ao fracasso, do que alinhar-se com os pobres de espírito, que nem gozam muito nem sofrem muito, porque vivem numa penumbra cinzenta, onde não conhecem nem vitória, nem derrota." (Theodore Roosevelt)

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LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Relação entre gestão, engenharia e desempenho ....................................................... 8 Figura 2- Diagrama básico do processo ................................................................................... 10 Figura 3- Diagrama básico do sistema trabalhador-ferramenta................................................ 10 Figura 4- Gráfico de mecanização ............................................................................................ 11 Figura 5 - Fases de mecanização .............................................................................................. 13 Figura 6 - Contribuição simultânea dos profissionais envolvidos ............................................ 15 Figura 7 - Comparação de produtividade entre indústrias: automobilística e construção civil. .................................................................................................................................................. 18 Figura 8 - Projeto OSYRIS ....................................................................................................... 19 Figura 9 - Projeto CSIRO, controle de grua de mineração. ...................................................... 20 Figura 10 - Robô de inspeção ROMA1. ................................................................................... 20 Figura 11 - Robô de inspeção ROMA2. ................................................................................... 21 Figura 12 - Robõ de montagem de painéis "Mighty Hand" ..................................................... 21 Figura 13 - Robô de compactação e acabamento em pisos de concreto................................... 22 Figura 14 - Robô de assentamento de blocos, ROCCO. .......................................................... 22 Figura 15 - Comparação CAD x BIM quanto ao tempo das etapas de projeto ........................ 23 Figura 16 - Imagem da utilização de software de realidade virtual para análise estrutural. .... 24 Figura 17 - Nuvem de pontos de escaneamento de tanque conforme distância dos pontos ..... 25 Figura 18 - Elementos de um sistema de segurança ativo, UC3M. .......................................... 26

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Tipos de construção em relação com alguns parâmetros .......................................... 7 Tabela 2- Partes do corpo ou ferramentas para exercer tarefas .................................................. 9 Tabela 3 - Relação entre desenvolvimento de produtos na indústria Seriada e na indústria da Construção Civil. ...................................................................................................................... 17

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LISTA DE ABREVIAÇÕES

FIC - Fabricação Integrada por Computador CAD - Computer Aided Design GPS - Global Positioning System CNC - Comando Numérico Computadorizado PIB - Produto Interno Bruto BIM - Building Information Modeling BSB - Broad Sustainable Building RUR - Rossum's Universal Robots

vii

CONTEÚDO

1.

O PROBLEMA ................................................................................................................... 1

1.1.

INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1

1.2.

OBJETIVOS .................................................................................................................... 2

1.2.1.

OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 2

1.2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 2

1.3. 2.

JUSTIFICATIVA ............................................................................................................ 3 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................... 4

2.1. 2.1.1. 2.2.

ROBÓTICA ..................................................................................................................... 4 BREVE HISTÓRICO .................................................................................................. 4 AUTOMAÇÃO ............................................................................................................... 5

2.2.1.

BREVE HISTÓRICO .................................................................................................. 5

2.2.2.

O ROBÔ E A AUTOMAÇÃO .................................................................................... 6

2.3.

MECANIZANDO, ROBOTIZANDO E AUTOMATIZANDO OS PROCESSOS DA

CONSTRUÇÃO ......................................................................................................................... 6 2.3.1.

SISTEMA DE CONSTRUÇÃO AUTOMATIZADO ................................................ 7

2.3.2.

EVOLUÇÃO DOS PROCESSOS DE CONSTRUÇÃO............................................. 8

2.3.3.

SISTEMA TRABALHADOR-FERRAMENTA ......................................................... 9

2.3.4.

GRÁFICO DE MECANIZAÇÃO ............................................................................. 10

2.3.5.

ETAPAS DE MECANIZAÇÃO ............................................................................... 12

2.4. 2.4.1.

AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA NA CONSTRUÇÃO ................................................. 13 DESENVOLVIMENTO

DE

PROCESSOS

AUTOMATIZADOS

DE

CONSTRUÇÃO ....................................................................................................................... 14 2.4.2.

ESTRATÉGIAS PARA UM PROCESSO DE CONSTRUÇÃO AUTOMATIZADO 15

2.5.

TENDÊNCIAS EM ROBÓTICA E AUTOMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO ................ 16

viii

2.5.1.

COMPARAÇÃO ENTRE AS INDÚSTRIAS AUTOMOBILÍSTICA E DA

CONSTRUÇÃO CIVIL ........................................................................................................... 16 2.5.2.

ESTADO DA ARTE DA ROBÓTICA NA CONSTRUÇÃO CIVIL ....................... 18

2.5.3.

SOFTWARE E TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO ........................................... 23

3.

METODOLOGIA ............................................................................................................. 27

4.

CRONOGRAMA .............................................................................................................. 28

5.

REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 29

1

1. O PROBLEMA 1.1. INTRODUÇÃO A automação surgiu para revolucionar a forma de produção da humanidade, aumentou-se a produtividade e a padronização dos produtos, é essa também a intenção da automação na Construção Civil, além de possibilitar operações antes impossíveis com mão de obra humana. A indústria da Construção Civil no Brasil ainda é muito tradicional, seus métodos de produção e de gestão já são há muito ultrapassados quando em comparação com países desenvolvidos, como a China por exemplo. Com sistemas de construção automatizados e/ou industrializados tornou-se possível atingir níveis extraordinários de produtividade mas a aplicação desses sistemas depende principalmente das grandes empresas de construção, que temem os altos investimentos em automação e no desenvolvimento de sistemas de produção que fogem do padrão nacional. Além das vantagens em produtividade e qualidade de sistemas automatizados de construção há também uma grande vantagem quando se analisa o aspecto da segurança no trabalho, tendo em vista que o setor com maior índice de acidentes de trabalho é o da Construção Civil deve-se estudar e propor soluções para que todos os colaboradores possam ter um ambiente de trabalho seguro.

2

1.2. OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GERAL 

Aprofundar nos conhecimentos de Automação e Robótica na Construção Civil, com intuito de planejar e realizar zoneamento de segurança de um canteiro de obras.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Introdução sobre as definições de automação, robotização e mecanização.



Descobrir e revelar ferramentas de automação já consolidadas no mercado internacional.



Conhecer os procedimentos para criação de sistemas automatizados e seus fundamentos.



Conhecer equipamentos e sistemas autônomos.



Planejar um canteiro de obras com capacidade para sistemas e equipamentos autônomos.



Elaborar mapa (zoneamento) de segurança para aplicação em sistema de prevenção de acidentes.

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1.3. JUSTIFICATIVA Quando se tem acesso à informações e vídeos que evidenciam a capacidade da automação e de sistemas construtivos inovadores como os da empresa Broad Sustainable Building (BSB) que em 2011 foi capaz de construir um edifício de trinta andares em quinze dias torna-se claro que atualmente a indústria da construção atingiu níveis de produtividade jamais vistos, isso se torna possível a partir da aplicação de novos métodos e ferramentas que não podem, ainda, ser encontrados com facilidade no Brasil. A indústria brasileira da construção ainda funciona de forma arcaica tendo baixa produtividade, alto índice de desperdício de material e baixa padronização de serviços, o que acaba tornando o custo de um empreendimento maior que necessário. A quantidade pequena de investimento, quando comparada à de outros países, torna o desenvolvimento do setor lento, por esse motivo é necessário aumentar a quantidade de pesquisas na área, para que se torne visível a importância do investimento em inovação na Construção Civil. O número alarmante de acidentes de trabalho relacionado à Construção Civil criam a necessidade de se estudar e propor novas soluções mais eficientes para resolução dos problemas causadores, sendo o canteiro de obras o local onde os acidentes se concentram é importante planeja-lo e gerencia-lo de forma eficiente, visando sempre a segurança dos operários e a produtividade do empreendimento.

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2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1. ROBÓTICA Pode-se entender por robótica como um ramo interdisciplinar da tecnologia que é responsável pelo estudo dos robôs que são constituído de partes eletrônicas e mecânicas que podem ser controladas ou programadas para executar uma determinada tarefa (FU et al., 1987; OTTONI, 2010). "Robótica é a disciplina que envolve: a) o projeto, construção, controle e programação de robôs; b) o uso de robôs para resolver problemas; c) o estudo dos processos de controle, sensores e algoritmos usados em humanos, animais e máquinas, e; d) a aplicação destes processos de controle e destes algoritmos para o projeto de robôs." (MCKERROW, 1986 apud SANTOS, 2002). "Um robô é uma máquina que pode ser programada para fazer uma variedade de tarefas, do mesmo modo que um computador é um circuito eletrônico que pode ser programado para fazer uma variedade de tarefas." (MCKERROW, 1986 apud SANTOS, 2002).

Ao se procurar pelas origens da palavra robô encontra-se o trabalho de Karel Capek, Rossum's Universal Robots (RUR) (1920), onde foi usada pela primeira vez a palavra, que deriva da palavra tcheca robota, que significa "trabalho forçado" (CAPEK, 1935 apud SANTOS, 2002), a palavra foi então difundida pelo trabalho de Asimov em I robot (1950) onde ele define as leis da robótica que servem para evitar que robôs se voltem ou firam de qualquer forma os humanos seja por atitudes próprias ou pela omissão (ASIMOV E FRENKEL, 1985 apud SANTOS, 2002).

2.1.1. BREVE HISTÓRICO Leonardo da Vinci foi um dos primeiros a conceber uma ideia sobre robôs, no início do século XV, realizando projetos de mecanismos de transmissão de movimentos. É também creditado a ele a concepção de um robô com aspecto humano, capaz de desempenhar diversos movimentos, inclusive emitir sons (PEDRETTI, 1981 apud SANTOS, 2002). Nikola Tesla, em 1898, apresentou em Nova Iorque um barco teleoperado controlado a partir de ondas eletromagnéticas, em 1899 ele apresentou ainda uma melhoria, que permitia ao seu barco mergulhar (VUKOBRATOVIC, 2006).

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2.2. AUTOMAÇÃO A mecanização é um processo anterior à automação, entre eles há ainda a robotização, existem muitas definições para a automação, mas pode-se dizer que é uma técnica que facilita os processos, tornando-os mais econômicos, ágeis e padronizados, substituindo em partes a mão de obra humana, restando apenas a necessidade de supervisão (TOYOTA; SCOPEL, 2006; CAMPANA; OPLUSTIL, 2011; TSAFNAT et al., 2014). Tão logo a máquina possa executar sem ajuda do homem todos os movimentos necessários para elaborar a matéria-prima, ainda que o homem vigie e intervenha de vez em quando, teremos um sistema automático de maquinaria [...](MARX, 1973, p.317 apud NETO, 2003). [...] o processo de produção deixa de ser um processo de trabalho, no sentido de que o trabalho constituiria a sua unidade dominante. (MARX, 1978, p.219 apud NETO, 2003).

2.2.1. BREVE HISTÓRICO O governador centrífugo, criado por James Watt, era um mecanismo de controle da quantidade de vapor que era lançado no motor, para manter a velocidade do veículo uniforme, foi criado na década de 1780 (MAXWELL, 1868). A dificuldade na contagem dos censos gerou a necessidade de se aprimorar o processo, foi então que Herman Hollerith desenvolveu na faculdade de Columbia um equipamento que lia as perfurações nos cartões de recenseamento e fazia a contagem da informação, a patente foi registrada em 1887 (HOLLERITH, 1889). Durante a Segunda Guerra Mundial viu-se a necessidade de um equipamento que auxiliasse o cálculo de trajetórias, foi quando se iniciou o desenvolvimento do ENIAC (Computador integrado numérico eletrônico), apesar dele ter ficado pronto apenas no final da guerra, foi o grande responsável pela existência dos computadores atuais (PLATZMAN, 1979). Em 1909 houve uma alavancagem da automação com as linhas de montagem idealizadas por Henry Ford. Uma forma de produção em série, onde vários operários trabalham com ajuda de máquinas especializadas em diversas funções (TENÓRIO, 2011).

6

Na década de 1950, Joseph F. Engelberger juntamente com George C. Devol criaram o Unimate o primeiro robô programável que foi vendido para a General Motors para trabalhar na linha em sua linha de produção (AZEVEDO et al., 2010). A partir da segunda metade do século XIX ocorreu o desenvolvimento de tecnologias que possibilitaram a aplicação de novas formas de energia, além do vapor, como a elétrica e o uso do petróleo, mas a sua utilização em massa foi apenas no século XX (DATHEIN, 2003). 2.2.2. O ROBÔ E A AUTOMAÇÃO São três formas distintas de automação: rígida, flexível e programável. A automação rígida acontece quando se tem a necessidade de produzir grandes quantidades de produtos iguais, não havendo possibilidade de alteração de forma simples, é muito usada em fábricas de papel e garrafas. A automação programável ocorre para produtos diversos, quando o volume de produção é pouco, um exemplo disso são as máquinas CNC (comando numérico computadorizado). A automação flexível se encontra entre as duas anteriores, ela tem capacidade de produção maior que a automação programável e diversidade maior que automação rígida, um exemplo de utilização são as linhas de montagem automotivas (SIMONE; MARIA, 2003; CARRARA, 2015). Os robôs são peça importante no processo de automação, tendo como vantagem a força bruta e economia, ideal para substituir a mão de obra humana, que possui falhas quanto a qualidade e força bruta limitada (SIMONE; MARIA, 2003; CARRARA, 2015).

2.3. MECANIZANDO, ROBOTIZANDO E AUTOMATIZANDO OS PROCESSOS DA CONSTRUÇÃO Os processos de mecanização, robotização e automação são conectados, sendo um a evolução do outro a partir da introdução de novas tecnologias de controle e informação. Eles são importantes para a melhoria da construção em aspectos como gastos, tempo, padronização do serviço, melhoria nas condições de trabalho e segurança, possibilitando também a execução de tarefas que não podem ser realizadas pelo ser humano devido à suas limitações principalmente de força bruta. Alguns aprendizados podem ser tirados da aplicação desses processos, como por exemplo limitar as etapas de construção in-loco para transporte e montagem (GASSEL, 1996; GASSEL; MAAS, 2008).

7

2.3.1. SISTEMA DE CONSTRUÇÃO AUTOMATIZADO Os sistemas de construção automatizados podem substituir o homem em diversas tarefas, muitas das quais colocam o ser humano em risco. A indústria da construção civil ainda se encontra décadas atrás de outras indústrias, como a automobilística por exemplo, isso foi causado por alguns fatores, como por exemplo o alto índice de acidentes, mão de obra desqualificada e baixa produtividade. O Japão é um dos países que mais investe em automação, isso ocorre pela falta de mão de obra especializada no país o que forçou a indústria a investir nessa área para superar esse problema, a empresa Kajima Construction Company, por exemplo, investe em torno de U$ 900 milhões anualmente no desenvolvimento de técnicas de construção (DING et al., 2014). De acordo com Van Gassel "um sistema de produção de edifícios pode ser definido como uma instalação técnica que une os elementos de construção num edifício", ou seja, é o local onde trabalhadores, equipamentos e computadores trabalham simultaneamente (GASSEL; MAAS, 2008). A tabela 1 mostra a relação entre os tipos de construção e seus requisitos físicos, cognitivos e organizacionais. Tabela 1 - Tipos de construção em relação com alguns parâmetros Tipo de sistema construtivo Tradicional Mecanizado

Exigência física Trabalhadores; equipamentos Equipamentos

Exigência cognitiva

Trabalhadores Trabalhadores

Exigência organizacional Trabalhadores

Trabalhadores

Computadores e Robotizado

Equipamentos

softwares;

Trabalhadores

Meios de comunicação

Automatizado

Equipamentos

Computadores e

Computadores e

software;

software;

Meios de comunicação

Meios de comunicação

Fonte: (GASSEL, 2003 apud GASSEL; MAAS, 2008)1, traduzido pelo autor.

1

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 2.

8

2.3.2. EVOLUÇÃO DOS PROCESSOS DE CONSTRUÇÃO A população nas zonas urbanas vem aumentando a cada dia, atualmente 54% da população mundial se localiza em zonas urbanas e junto à esse crescimento aconteceu também o surgimento de requisitos diferenciados, no planejamento e na produção, essas mudanças encorajam o desenvolvimento de novas tecnologias e sistemas, sempre visando melhorar o desempenho para o cliente (GASSEL; MAAS, 2008; UNITED NATIONS, 2015) Figura 1 - Relação entre gestão, engenharia e desempenho

Fonte: (GASSEL; MAAS, 2005 apud GASSEL; MAAS, 2008)2, traduzido pelo autor.

A funcionalidade da residência é uma característica cada vez mais procurada pelos clientes que encorajados pelo uso das tecnologias de comunicação e informação cada vez mais evoluídas procuram em sua moradia a capacidade de aprimorar tais hábitos, dessa forma para agradar o cliente são necessárias soluções exclusivas que cumpram suas exigências (COSTA; LIMA, 2005; GASSEL; MAAS, 2008; KENCHIAN, 2011). 2

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 3.

9

2.3.3. SISTEMA TRABALHADOR-FERRAMENTA Na etapa da manufatura se obtinha uma maior produtividade ao se manter um trabalhador efetuando o mesmo serviço, a passagem do trabalhador de um serviço para outro cria lacunas de produção e ao se iniciar a nova tarefa ainda se tem um período em que a produtividade é baixa. A produção de um objeto é feita em três etapas que são o fornecimento de energia, o recebimento ou envio de informações e a tomada de decisões (MARX, 1996; GASSEL; MAAS, 2008; COSTA, 2010). O aperfeiçoamento da tarefa, o que gera aumento de produtividade, pode ser obtido a partir da mecanização, que possui algumas etapas que serão citadas posteriormente. A mecanização visa transferir os esforços do trabalhador para a ferramenta (máquina), esses esforços são divididos quanto ao fornecimento de energia. Um exemplo claro disso é a tarefa de furar uma parede com uma furadeira, em um primeiro momento tem-se apenas a furadeira, o trabalhador precisa fornecer energia para segurar o equipamento na altura correta, tentar mantê-la nivelada e fazer força no sentido do furo para que ela penetre, a adição de guias transferem o fornecimento de energia para manter o equipamento nivelado do trabalhador para o equipamento, outras adições podem ser feitas para alcançar essa transferência de energia, adição de suportes ou de uma bancada, motores elétricos e computadores programados para controle da ferramenta, por exemplo (MARX, 1996; BOEKHOLT, 2000; GASSEL; MAAS, 2008; COSTA, 2010). Tabela 2- Partes do corpo ou ferramentas para exercer tarefas Tarefa

Corpo humano

Equipamento

Fornecer energia ou força

Movimento: músculos e

Ferramentas elétricas: fonte

pulmões.

de energia, transmissor

Receber ou enviar

Sentido: olhos, ouvidos, voz e

Ferramentas de

informação

mãos

telecomunicação: Scanner, microfone, monitor, teclado

Tomar decisões

Sistema pensativo: Cérebro e

Equipamento de computador:

memória

Computador, software, inteligência artificial.

Fonte: (GASSEL, 2003 apud GASSEL; MAAS, 2008)3, traduzido pelo autor.

3

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 4.

10

Figura 2- Diagrama básico do processo

Fonte: (GASSEL; MAAS, 2008)4

Figura 3- Diagrama básico do sistema trabalhador-ferramenta

Fonte: (GASSEL; MAAS, 2008)5

2.3.4. GRÁFICO DE MECANIZAÇÃO Como citado no exemplo anterior, para ocorrer a mecanização deve haver a transferência do esforço para o equipamento, quanto às tarefas, que podem ser de energia ou de controle, podem se dividir em três situações de fornecimento de energia, que são: 

Quando não há fornecimento de energia pelo equipamento;



Com fornecimento parcial;



Com fornecimento total, restando apenas ao operador o trabalho de manipulá-lo. A energia pode ser entendida também como esforço, como por exemplo a energia

necessária para manter a furadeira firme (GASSEL; MAAS, 2008; ABDI et al., 2010).

4 5

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 4. Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 5.

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No gráfico de mecanização a seguir foram inseridas algumas tarefas para facilitar a visualização da evolução dos processos, no eixo vertical estão as tarefas de energia e no horizontal estão as de controle (GASSEL; MAAS, 2008). Figura 4- Gráfico de mecanização

Fonte: (GASSEL; MAAS, 2008)6, traduzido pelo autor.

As tarefas do gráfico são: A. Assentamento de tijolos com colher de pedreiro; B. Furar uma parede com furadeira elétrica; C. Furar uma parede com uma furadeira numa guia e iniciada eletricamente; D. Deslocamento de um operador em uma escavadeira; E. Transporte de cargas com uma grua controlada remotamente; F.

Assentamento de tijolos por um robô que coloca tijolos e argamassa de acordo com as instruções;

G. Escavação de uma vala por uma escavadeira inteligente que pode tomar decisões com base em observações (GASSEL; MAAS, 2008).

6

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 7.

12

2.3.5. ETAPAS DE MECANIZAÇÃO As fases de mecanização podem ser extraídas do gráfico anterior e ordenadas da seguinte forma: 1. Melhoria de ferramentas; 2. Ferramentas elétricas; 3. Adição de guias; 4. Aplicação de equipamentos de controle; 5. Equipamentos de controle remoto; 6. Aplicação de computadores; 7. Uso de inteligência artificial (EICHHORN, 1985; GASSEL; MAAS, 2008). Podemos citar como exemplo o corte de madeira em formatos diversos. No primeiro momento tem-se o corte manual, o que acaba sendo trabalhoso e com baixa qualidade, com o desenvolvimento da ferramenta a tarefa passa a ser mais fácil, devendo o operário apenas seguir o desenho com a serra, a próxima etapa seria o controle remoto do equipamento, onde o operário ficaria distante apenas controlando a ferramenta, o passo seguinte seria a adição de controles computadorizados, permitindo a máquina a ser pré-programada, que é o caso atual das máquinas CNC para corte de madeira, a próxima etapa é a adição de tecnologias que possibilitem o seu funcionamento por inteligência artificial além de sensores para fazer as observações, permitindo ao operário apenas dar a forma do objeto que deseja cortar e a máquina pode fazer observações e decidir a melhor forma de efetuar a produção daquela peça com o material que dispõe (EICHHORN, 1985; GASSEL; MAAS, 2008). A figura a seguir mostra as fases de mecanização:

13

Figura 5 - Fases de mecanização

Fonte: (GASSEL; MAAS, 2008)7, traduzido pelo autor.

2.4. AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA NA CONSTRUÇÃO Um grande obstáculo à aplicação de automação e robótica na construção é o estado dos canteiros de obra, com pisos irregulares, estoques desorganizados, escadas e diferentes materiais estocados em locais desfavoráveis. Outro obstáculo é a falta de mão de obra qualificada no Brasil, são poucos cursos de especialização nessa área além da falta de profissionais para suprir a demanda no setor (BOCK, 2008; NAKAMURA, 2010; ARAÚJO et al., 2014). O aumento da produtividade na construção civil com a aplicação de processos automatizados chega, em alguns casos, a ser maior que 40% referente aos custos de mão de obra, além de melhorar a qualidade do serviço e as condições de saúde dos trabalhadores, e 7

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5557.pdf, pg. 8.

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isso se torna muito importante ao se tomar conhecimento de que a indústria da construção é a maior causadora de acidentes de trabalho, alguns fatais. Com o aumento da produtividade se tem como resultado um empreendimento realizado em menos tempo o que ocasiona uma melhoria na análise de custos do projeto e um retorno mais rápido do investimento (EVERETT; SLOCUM, 1994; SANTOS, 2002; BOCK, 2008; NAKAMURA, 2010; ARAÚJO et al., 2014). Várias tarefas podem ser transferidas da construção in-loco para a indústria, a construção de casas residenciais inteiras por exemplo, tendo em vista que os procedimentos para a construção são muito repetitivos, evitando assim um local com muitas variáveis como um canteiro de obras, dessa forma as únicas tarefas realizadas no local seriam transporte e montagem (ARASHPOUR et al., 2015). A indústria da construção tem um papel importante na economia, as áreas de pesquisa em automação focam nos processos de construção. A forma de planejamento tradicional é inflexível e segmentada, deixando dessa forma que cada profissional realize uma tarefa, sendo necessária uma integração dos trabalhos, nessa etapa devem entrar os processos de automação, para facilitar ou eliminar a necessidade dessa integração, equipamentos como robôs, no futuro, devem se tornar baratos e com interfaces de fácil uso, capazes de trabalhar juntamente com operários e auxiliar na segurança deles, mas para isso a flexibilidade é um fator de destaque em resposta à organização do canteiro de obra, que na maioria das vezes é um local desestruturado (BOCK, 2008; VÄHÄ et al., 2013; ARASHPOUR et al., 2015). 2.4.1. DESENVOLVIMENTO

DE

PROCESSOS

AUTOMATIZADOS

DE

CONSTRUÇÃO Atualmente no Brasil o planejamento do canteiro de obras não tem a importância que deveria, por isso os empreendimentos muitas vezes ficam em meio a uma bagunça de materiais e equipamentos, sem o devido planejamento do canteiro de obras, levando em consideração os processos e equipamentos a serem aplicados torna-se impossível implementar um sistema automatizado de construção (BOCK, 2008; VÄHÄ et al., 2013; ARASHPOUR et al., 2015).

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2.4.2. ESTRATÉGIAS

PARA

UM

PROCESSO

DE

CONSTRUÇÃO

AUTOMATIZADO De acordo com Thomas Bock (2008) o objetivo de uma construção automatizada será alcançado quando os seguintes parâmetros ocorrerem simultaneamente: 

Liberdade estética e de design;



Determinação dos custos de produção antes da execução;



Determinação do tempo de produção antes da execução;



Garantia e transparência de preços;



Produção contínua;



Definição de qualidade;



Controle e transparência da qualidade.

Figura 6 - Contribuição simultânea dos profissionais envolvidos

Fonte: (TEICHOLZ; FISCHER, 1994)8

Atualmente já se pode executar, a partir das plataformas BIM (Building Information Modeling), projetos com contribuições simultâneas dos profissionais envolvidos, o que 8

Disponível em: http://ocean.sci-hub.bz/e9d62996e72173df6e64d65b1a0f5d1b/teicholz1994.pdf, pg. 3.

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facilita o trabalho, tanto dos projetistas que não precisam enviar seus projetos e receberem de volta para realizar as alterações quanto para os responsáveis pela execução que recebem um projeto com menos erros de compatibilização (TEICHOLZ; FISCHER, 1994; BOCK, 2008; WETZEL; THABET, 2015). 2.5. TENDÊNCIAS EM ROBÓTICA E AUTOMAÇÃO NA CONSTRUÇÃO A indústria da construção é uma das mais antigas e representa uma grande fatia do mercado, sendo responsável por 13,5% da força de trabalho do país e 10,1% do PIB (Produto Interno Bruto), mas mesmo com essa representatividade os estudos na área de robótica e automação que poderiam alavancar o setor ainda representam uma pequena parcela (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; FADUL, 2015). Atualmente a indústria mudou pouco quando comparada com séculos atrás, as ferramentas evoluíram, como por exemplo as gruas que tem capacidade muito maior e comandos cada vez mais precisos, porém ainda funcionam com os mesmos princípios dos equipamentos

utilizados

por

antigas

civilizações

(BOCK,

2007;

BALAGUER;

ABDERRAHIM, 2008). Os japoneses detém o primeiro lugar em pesquisas na área por causa da falta de mão de obra no setor foram obrigados a investir em tecnologias que substituíssem o ser humano nas obras o que fez com que sua indústria da construção atingisse níveis jamais vistos de produtividade e padronização dos serviços, principalmente pela aplicação de sistemas de construção que envolviam em grande parte a indústria de produção, reduzindo consideravelmente a quantidade de tarefas realizadas no local da obra (EVERETT; SLOCUM, 1994; SANTOS, 2002; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; BOCK, 2008). 2.5.1. COMPARAÇÃO ENTRE AS INDÚSTRIAS AUTOMOBILÍSTICA E DA CONSTRUÇÃO CIVIL Em muitos aspectos importantes a indústria da construção civil se assemelha à indústria automobilística, utilizando como método de comparação o método de produção enxuta utilizado pela indústria Japonesa pode-se observar que a diferença de produtividade entre as duas é elevada. A indústria da construção civil, principalmente no Brasil, ainda precisa descobrir como trabalhar em equipe de forma cooperativa, pensando no bem comum

17

do projeto e da empresa, e não apenas nas vantagens pessoais (SIQUEIRA et al., 1997; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Uma prática aplicável, porém negligenciada pela indústria da construção, é a de testes como a elaboração de protótipos o que tornaria capaz a análise de diversos subsistemas da edificação, como estrutural, luminotécnico e hidráulico. Já na indústria seriada, automobilística por exemplo, esse processo é de suma importância para a conformidade do produto final tendo etapas já definidas de análise e modificações (SIQUEIRA et al., 1997; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Na indústria seriada a produtividade foi aumentada a partir da transição de processos de realização manual para sistemas semiautomáticos, analogamente pode-se esperar que a indústria da construção civil brasileira possa tirar proveito dessa transição, o que ainda não é uma tarefa valorizada pelas grandes construtoras (SIQUEIRA et al., 1997; MAAS; GASSEL, 2005; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; ARAÚJO et al., 2014). Tabela 3 - Relação entre desenvolvimento de produtos na indústria Seriada e na indústria da Construção Civil.

Fonte: (SIQUEIRA et al., 1997)9.

9

Disponível em: http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP1997_T3213.PDF, pg. 6.

18

Figura 7 - Comparação de produtividade entre indústrias: automobilística e construção civil.

Fonte: (Euroconstruct, Eurostat, ACEA apud BALAGUER, 2000)10.

Pode-se observar no gráfico de comparação de produtividade um grande aumento na indústria automobilística, que se deve principalmente à transição, já citada anteriormente, da mão de obra humana para ferramentas semiautomáticas e os sistemas de fabricação integrada por computador (FIC), o que não ocorreu em peso na indústria da Construção Civil (SIQUEIRA et al., 1997; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; ARAÚJO et al., 2014). O conceito FIC não muda apenas o processo de fabricação mas também o conceito do produto e a cultura corporativa, facilitando a aplicação de novas ferramentas e tecnologias. A indústria brasileira da Construção Civil é, em geral, muito conservadora, por isso em muitos casos novas tecnologias não são incorporadas nos processos por muitas vezes não serem complementares ao processo já implementado, afinal a utilização dessa tecnologia acabaria se tornando uma tarefa separada do processo em si (SIQUEIRA et al., 1997; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; BOCK, 2008). 2.5.2. ESTADO DA ARTE DA ROBÓTICA NA CONSTRUÇÃO CIVIL Balaguer e Abderrahim (2008) dividem os investimentos em pesquisa em dois grupos: Infraestrutura e Construção Residencial. Na parte de infraestrutura pode-se encontrar robôs para pavimentação de estradas, túneis, pontes, movimentação de terra e inspeção de estruturas, por exemplo. No grupo de construção residencial tem-se: levantamento de estrutura, montagem, compactação de concreto, acabamento de interior, etc.

10

3.

Disponível em: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.465.4118&rep=rep1&type=pdf, pg.

19

2.5.2.1.

Infraestrutura

Um dos projetos que merece destaque é o projeto OSYRIS que tem função de pavimentação e compactação, funciona com base em GPS (Global positioning system) e guiado à laser, possui direção semiautomática além de controle de velocidade, temperatura, espessura de camada e distância viajada. Possui sistema de programação aberto o que permite ao construtor fazer alterações para adequar o equipamento a função desejada (LIGIER et al., 2001; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Figura 8 - Projeto OSYRIS

Fonte: (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008)11.

O controle de uma grua de 100 metros de altura, usada em mineração de carvão, por CSIRO é um destaque na área de movimentação de terra. CSIRO é um projeto inovação em tecnologias de mineração Australiano que, tendo em vista a grande participação do setor na economia, investe na melhoria e adequação de maquinário (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; RALSTON et al., 2015).

11

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5555.pdf, pg. 5.

20

Figura 9 - Projeto CSIRO, controle de grua de mineração.

Fonte: (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008)12

Uma área de trabalho com grande potencial de exploração para automação é a de inspeção de estruturas, um exemplo desse setor é o projeto ROMA1 que trata-se de robôs escaladores, projetados para se locomover em ambientes complexos encarregado de tarefas de inspeção e manutenção, o projeto ROMA1 se sustentava por meio de mãos robóticas, mas seu sucessor o ROMA2 se sustenta com utilização de sucção (RESINO et al., 2005; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; TAVAKOLI; VIEGAS, 2015). Figura 10 - Robô de inspeção ROMA1.

Fontes: (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008)13

12 13

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5555.pdf, pg. 5. Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5555.pdf, pg.6.

21

Figura 11 - Robô de inspeção ROMA2.

Fonte: (RESINO et al., 2005)14

2.5.2.2.

Construção Residencial

Boa parte dos projetos na área da construção são teleoperados com funções diversas como: estender, compactar e controlar espessura de piso de concreto, pintura, proteção contra incêndio, montagem de painéis e outros (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; BOCK, 2008). Um projeto que se destaca na montagem de painéis é o "Mighty Hand" da empresa Japonesa Kajima, usos comuns são com painéis de concreto e vidro (GASSEL; SCHRIJVER, 2006; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Figura 12 - Robõ de montagem de painéis "Mighty Hand"

Fonte: (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008)15

14

Disponível em: https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcShRIv-G-Ovf2jUlm3HOdUX_zAtalzmwLzi38pIcWFBbayursMnw. 15 Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5555.pdf, pg. 7.

22

O SurfRobo da empresa Takenaka tem como função a compactação e acabamento em pisos de concreto, ele é teleoperado e cumpre sua tarefa com a utilização de hélices rotativas(NAVON, 1995; BALAGUER, 2004; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Figura 13 - Robô de compactação e acabamento em pisos de concreto

Fonte: (BALAGUER, 2004)16

O projeto ROCCO consiste em um robô que realiza assentamento de blocos de até 500 kg, para blocos menores de aproximadamente 100 kg ele demora de 30 a 45 segundos por bloco, seu braço tem alcance de até 8,5 metros e funciona a partir de plataforma CAD (ANDRES et al., 1994; GAMBAO et al., 1997; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). Figura 14 - Robô de assentamento de blocos, ROCCO.

Fonte: (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008)17

16

Disponível em: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.462.5812&rep=rep1&type=pdf, pg.

3. 17

Disponível em: http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/5555.pdf, pg. 8.

23

2.5.3. SOFTWARE E TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO 2.5.3.1.

Integração por Software

Um projeto que está facilitando os projetos e principalmente a compatibilização deles é a plataforma BIM, REVIT por exemplo, que permite a colaboração de diversos autores simultaneamente e também fornece quantitativos, de acordo com os parâmetros estabelecidos pelo projetista, a partir dessas e outras características os softwares que utilizam plataforma BIM são capazes de reduzir o tempo total gasto com os projetos, como mostra o gráfico a seguir (KIM et al., 2015; WETZEL; THABET, 2015). Figura 15 - Comparação CAD x BIM quanto ao tempo das etapas de projeto

Fonte: (GRAPHISOFT)18

O projeto AUTOMOD3 é capaz de integrar diversas ferramentas em plataforma CAD cujos principais objetivos são a gestão da sequência de produção e o planejamento de montagem modular in-loco (PADRON et al., 2002; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). 2.5.3.2.

Sistema de Realidade Virtual

Os sistemas de realidade virtual tem um grande potencial educativo, aliados a telas de projeção imersiva são utilizados em alguns casos para treinamento de pessoal, permitem aos gerentes entrar e interagir com os objetos antes do início da obra para verificação de espaços de trabalho e problemas, existem robôs controlados por meio de software de realidade virtual 18

Disponível em: http://www.graphisoft.com/archicad/open_bim/about_bim/.

24

sendo estudados para operar em áreas de desastre onde há perigo para o operador, além de serem utilizados em universidades, em disciplinas nas áreas de pontes e estruturas por exemplo

(BALAGUER;

ABDERRAHIM,

2008;

TANG;

YAMADA,

2011;

ABDELHAMEED, 2013; SAMPAIO; MARTINS, 2014). Figura 16 - Imagem da utilização de software de realidade virtual para análise estrutural.

Fonte: (ABDELHAMEED, 2013)19 . 2.5.3.3.

Aquisição e Processamento Sensorial de Dados

Scanners à laser são ferramentas de medição em três dimensões e tem diversas aplicações, por exemplo na medição de nível de terrenos, incluindo objetos, criação de modelos 3D estruturais para avaliação de segurança e qualidade. Um destaque nessa área é o projeto LADAR, também utilizado para navegação terrestre, aérea e marítima. O processo de modelagem de terrenos é necessário para o controle de maquinário ou robôs, os dados são utilizados para a programação da movimentação desses equipamentos, para minimizar os erros (BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; CABRAL et al., 2014; AL-TEMEEMY; SPENCER, 2015).

19

Disponível em: http://moscow.sci-hub.bz/ac2b979e5a34a7c351ab5249aa04e7bd/abdelhameed2013.pdf, pg. 3.

25

Figura 17 - Nuvem de pontos de escaneamento de tanque conforme distância dos pontos

Fonte: (AL-TEMEEMY; SPENCER, 2015)20.

2.5.3.4.

Segurança de Operadores e Máquinas

A indústria da Construção Civil é responsável pelo maior número de acidentes de trabalho, vários fatais, sendo as principais fontes de risco: colisão com máquinas, queda, tanto de operários quanto de materiais, e atropelamentos, por isso faz-se necessário o estudo de novos métodos para prevenção desses acidentes, assegurando assim um ambiente de trabalho seguro e organizado (ABDERRAHIM et al., 2005; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; DING et al., 2013). Um protótipo que tem grandes chances de aplicação, proposto pela UC3M, funciona de forma contínua no monitoramento das atividades, ele grava todas as situações de risco, podendo dessa forma emitir uma notificação no sistema de comunicação pessoal do operário caso ele entre em alguma zona considerada de risco e também notifica o operador de máquina que pode não ter visualizado essa situação, para que dessa forma possam tomar as decisões cabíveis para manter a segurança (ABDERRAHIM et al., 2005; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008). O sistema "glue logic" pode funcionar simultaneamente com o proposto pela UC3M, ele funciona em duas partes: comunica dados com diversos agentes e gere esses dados de forma eficiente. Quando um objeto com chip, operário ou máquina, passa por um local de monitoramento, é determinado de que se trata, o momento, haja vista que o sistema funciona 20

Disponível em: http://moscow.sci-hub.bz/23aff54d465d620f39a4bc6a5a1c0e94/al-temeemy2015.pdf, pg. 4.

26

em tempo real de forma contínua, e o estado de operação que se encontra, assim sendo o sistema gera um evento e uma corrente de ações, se nessa corrente de ações houver alguma situação de risco ocorrerá a notificação dos envolvidos (ABDERRAHIM et al., 2005; BALAGUER; ABDERRAHIM, 2008; DAGAN; ISAAC, 2015). Figura 18 - Elementos de um sistema de segurança ativo, UC3M.

Fonte: (ABDERRAHIM et al., 2005)21.

21

Disponível em: http://ocean.sci-hub.bz/d807bbb2c46f10d158bbf6edf382fe65/abderrahim2005.pdf, pg 5.

27

3. METODOLOGIA A continuação do presente trabalho será constituído pelas seguintes etapas: I.

Pesquisa bibliográfica para aprofundar nas áreas de planejamento de canteiro de obras e segurança do trabalho, ambos com influência de sistemas e equipamentos autônomos;

II. III.

Proposta de um sistema autônomo de segurança ativa para o canteiro de obras; Realização do planejamento do canteiro de obras de um edifício fictício, suas dimensões ainda serão definidas;

IV.

Elaboração de mapa (zoneamento) de segurança do canteiro de obras para utilização no sistema proposto.

28

4. CRONOGRAMA

ATIVIDADES (2015/2016) 1 Revisão Bibliográfica 2 Elaboração do texto

Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun X X X X X X X X X X X X

X

3 Proposta do sistema de segurança 4 Planejamento do canteiro de obras

X

X

X

X

X

5 Elaboração do mapa de riscos

X

X

X

X

X

X

6 7

Elaboração do trabalho de conclusão de curso final(TCC) Apresentação (TCC)

X

X X

29

5. REFERÊNCIAS ABDELHAMEED, W. A. Virtual Reality Use in Architectural Design Studios: A Case of Studying Structure and Construction. Procedia Computer Science, v. 25, p. 220–230, 2013. Elsevier. ABDERRAHIM, M.; GARCIA, E.; DIEZ, R.; BALAGUER, C. A mechatronics security system for the construction site. Automation in Construction, v. 14, n. 4, p. 460–466, 2005. ABDI, R.; GHASEMZADEH, H. R.; ABDOLLAHPOUR, S.; SABZEPARVAR, M.; NASAB, A. D. M. Modeling and analysis of mechanization projects of wheat production by GERT networks. Agricultural Sciences in China, v. 9, n. 7, p. 1078–1083, 2010. Chinese Academy of Agricultural Sciences. AL-TEMEEMY, A. A.; SPENCER, J. W. Chromatic methodology for laser detection and ranging (LADAR) image description. Optik - International Journal for Light and Electron Optics, v. 126, n. 23, p. 3894–3900, 2015. Elsevier GmbH. ANDRES, J.; BOCK, T.; GEBHART, F.; STECK, W. First Results of the Development of the Masonry Robot System ROCCO: a Fault Tolerant Assembly Tool. AUTOMATION AND ROBOTICS IN CONSTRUCTION XI. Anais... . p.87–93, 1994. Elsevier B.V. ARASHPOUR, M.; WAKEFIELD, R.; BLISMAS, N.; MINAS, J. Optimization of process integration and multi-skilled resource utilization in off-site construction. Automation in Construction, v. 50, p. 72–80, 2015. ARAÚJO, T. G. L. DE; UCHÔA, S. B. B.; SILVA, P. B. B.; FLORENTINO, E. A. P. G.; SARAIVA, L. A. Análise Das Tendências Da Aplicação Da Robótica E Automação Na Indústria Da Construção Brasileira. Cadernos de Prospecção, v. 6, p. 219–228, 2014. AZEVEDO, S.; AGLAÉ, A.; PITTA, R. Minicurso: Introdução a Robótica Educacional. 62o Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC), 2010. BALAGUER, C. Open Issues and Future Possibilities in the EU Construction Automation. Proceedings of the IAARC International Symposium on Robotics and Automation. Anais... . p.1–7, 2000. Tipei, Taiwan. BALAGUER, C. Nowadays Trends in Robotics and Automation in Construction Industry: Transition from Hard to Soft Robotics. International Symposium on Automation

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