IT am Bau

Robert Karl,

Roboter auf dem Bau – geht das?

Dem Handwerk, insbesondere im Baubereich, steht durch die Digitalisierung ein großer Wandel bevor. Viele Helfer wie digitale Aufmaße gibt es bereits, doch besteht auch für die Robotik ein Potenzial? Diese Frage beantwortet exklusiv für Baugewerbe Unternehmermagazin M. Eng. Robert Karl, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fraunhofer Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV.

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Handwerk Digital“ erforscht die Fraunhofer Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV die Potenziale der Robotik auf der Baustelle. Unter anderem unternimmt man automatische Bohrversuche mithilfe eines Roboters. Dieser könnte staubige Tätigkeiten wie das Über-Kopf-Bohren übernehmen. © Fraunhofer IGCV

Dem Handwerk fehlt der Nachwuchs. Durch die zunehmende Akademisierung in Deutschland bleiben viele Ausbildungsstellen unbesetzt. Dies führt dazu, dass Handwerksbetriebe volle Auftragsbücher besitzen, die sie aber in den nächsten Jahren immer weniger erfüllen können. Besonders spitzt sich dieser Zustand auf Baustellen zu. Worin liegen die Ursachen für diesen Trend? Eine Antwort auf diese Frage liegt im Image der Arbeit auf dem Bau. Dreckig, körperlich anstrengende Arbeit, kaum Innovation –das sind Meinungen über die Baustelle. Doch wie kann diesen Meinungen entgegengewirkt werden?

Hilfe für schwere Arbeiten am Bau
Ein Lösungspotenzial bieten die Technologien, die durch Industrie 4.0 entstehen oder dabei eingesetzt werden. Insbesondere auf der Baustelle zeigt sich ein großes Potenzial für unterstützende Technologien. Diese zeigen sich bisher jedoch hauptsächlich in den Bereichen der Vermessung sowie der Organisation, jedoch gibt es für schwere Arbeiten kaum Hilfsmittel. In der Industrie werden diese Arbeiten typischerweise mithilfe eines Roboters vollzogen, im Baubereich fehlt diese Unterstützung jedoch fast gänzlich. In verschiedenen Projekten wurden Möglichkeiten getestet, mithilfe eines Roboters Ziegel zu platzieren, andere Bereiche des Baus wurden bisher jedoch nur kaum betrachtet. Gründe hierfür sind unter anderem die bisher fehlenden oder ungenauen Daten, für den Roboter unbekannte Umgebungen und fehlende Absicherungsmöglichkeiten.

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Diese Grundlagen zu erforschen und dabei die Potenziale der Robotik für das Handwerk aufzuzeigen, ist ein Ziel des Forschungsprojekts „Handwerk Digital“. Die Fraunhofer Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV analysiert dabei zusammen mit den Handwerkskammern Schwaben und Unterfranken Technologien der Industrie 4.0 und prüft, ob diese auf das Handwerk übertragen werden können. Durch das Zusammenspiel von Handwerkskunst und modernen Technologien können so neue Geschäftsmodelle entstehen und alte verbessert werden.

Das ist der erste Prototyp, der im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelt wurde. Langfristig sollen Roboter ungeliebte Tätigkeiten auf der Baustelle übernehmen. © Fraunhofer IGCV

Vision: Entlastung der Arbeiter von ungeliebten Arbeiten
Um einen Anwendungsfall zu finden, der bei möglichst vielen Gewerken eingesetzt werden kann und die Gewerke sensibilisiert, wurden typische Prozesse auf der Baustelle analysiert. Der am häufigsten vorkommende Prozessschritt hierbei ist das Bohren. Dabei wird beispielsweise beim Setzen von Steckdosen oder auch bei Verankerungen für abgehängte Decken zunächst sehr viel Zeit auf das Ausmessen der Positionen verwendet. Dann sind dies sehr staubige Arbeiten, bei denen vor allem beim Überkopf-Bohren Staub in die Augen des Mitarbeiters fällt. Diese Probleme könnten mithilfe eines Roboters vermieden werden.

In Zukunft könnte sich das Szenario wie folgt abspielen: Der Roboter wird abends auf der Baustelle entladen und eingeschalten. Während der Nacht fährt der Roboter über die Baustelle und bohrt alle notwendigen Löcher passgenau, sodass am nächsten Morgen die Handwerker direkt mit ihren Tätigkeiten beginnen können. Es ist kein zeitfressendes Ausmessen mehr notwendig, es kann direkt losgelegt werden.

Voraussetzung: Mobilität des Roboters auf der Baustelle
Wie kann dies umgesetzt werden? Es gibt verschiedene Bedingungen, die bei der Umsetzung einer solchen Idee berücksichtigt werden müssen. Eine der wichtigsten Anforderungen an den Roboter ist die Mobilität. Der Roboter muss sich auf der Baustelle bewegen können und für Arbeiten beispielsweise im ersten Stock Treppen steigen können. Gearbeitet werden soll auch an Decken, daher sollte der Roboter groß genug sein um diese Höhe zu erreichen. Jedoch sollten keine zusätzlichen Umbaumaßnahmen auf der Baustelle nötig sein, daher muss der Roboter durch eine Tür passen können. Zudem ist die Lagebestimmung ein wichtiger Bestandteil, da sich der Roboter zielgenau auf der Baustelle bewegen können muss. Um zusätzlich dem Roboter die eigentlichen Bohrpositionen mitteilen zu können, werden zudem Möglichkeiten für die Ein- und Ausgabe der Koordinaten benötigt.

Getestet werden die Roboter – hier mit Bohrmaschine –auch im Versuchsfeld der Handwerkskammer Unterfranken in Würzburg. Mehr Informationen über das Forschungsprojekt findet man auf www.handwerk-digital.org. © Fraunhofer IGCV

Lösungsansätze
Zur Umsetzung dieser Anforderungen wird der Roboter in zwei Stufen aufgebaut. Im ersten Schritt wird der Roboter auf einer Scherenhubbühne montiert, womit die Mobilität und Reichweite des Roboters gewährleistet wird. Zunächst wird die Plattform manuell auf der Baustelle verfahren, um Hindernissen ausweichen und große Schieflagen zu vermeiden. Um die Position und Lage der Plattform bestimmen zu können, wird ein Vermessungssystem benötigt. Ein Raumvermessungssystem bietet die entsprechenden Möglichkeiten. Als Nebenprodukt der Vermessung entstehen dabei CAD-Daten des Raumes, die für die Festlegung der Bohrpositionen benötigt werden.

Einfache Bedienung
Der Fokus des zweiten Schrittes liegt auf der Vereinfachung der Bedienung des Robotersystems. Damit sich ein Handwerker von der Richtigkeit der Bohrpositionen überzeugen kann, sollen diese möglichst intuitiv dargestellt werden. Eine moderne Variante einer solchen Darstellung liegt in der Anwendung von Augmented Reality. Hier können die Positionen in das Sichtfeld des Benutzers eingeblendet und bei Bedarf korrigiert werden. Als weitere Ausbaustufe ist eine Kombination mit dem Building Information Modeling (BIM) denkbar. So können bereits in der Konstruktionsphase alle Daten hinterlegt werden, sodass man auf der Baustelle die Positionen nur noch prüfen muss.

Fazit
Auf Baustellen besteht ein großes Potential für Digitalisierung. Gerade durch die Kombination moderner Visualisierungstechnologien und Robotik können die Arbeiter auf Baustellen entlastet und die Arbeit auf der Baustelle attraktiver gestaltet werden. Jedoch ist vielen Handwerkern dieses Potenzial nicht bewusst. „Handwerk Digital“ versucht, dieses Potenzial aufzuzeigen. Vielleicht gehört in 20 Jahren ein Roboter mit zum typischen Bild auf der Baustelle dazu.

Robert Karl

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