Kollege Roboter am Bau mit Sensorik von Sick

Das österreichische Start-up Baubot ist spezialisiert auf Automationslösungen für den Bausektor und hebt damit den Innovationsgrad dieser Branche in neue Sphären – zum Beispiel mit einer Roboter-Lösung für den Tunnelbau. Sensorik von Sick schützt dabei Mensch und Maschine.

Immer mehr anstrengende, manuelle Tätigkeiten werden von Robotern übernommen – zumindest im industriellen Umfeld. Am Bau war das bis jetzt anders. Vergleicht man den Innovationsgrad der Industrie mit jenem im Bausektor, dann zeigen sich große Unterschiede. Während selbst kleinere Industriebetriebe oft in umfassende Automationslösungen investieren, geht es am Bau meist noch eher „hemdsärmelig“ zu. Ein Grund dafür ist, dass die, in der Industrie mittlerweile immer häufiger zum Einsatz kommenden, kollaborativen Roboter nicht für einen Einsatz am Bau konzipiert wurden. Denn hier werden Kraft und Mobilität benötigt – das bedingt jedoch ein entsprechendes Safety-Konzept, welches am Bau schnell zum Hindernis werden kann.

Kraft, Mobilität und Sicherheit.

Beim Wiener Start-up Baubot hat man sich auf derartige Entwicklungen spezialisiert und bietet mit Robotern von Kuka und Sensorik von Sick integrierte Gesamtlösungen, die den Wünschen der Baubranche entsprechen. Die „Baubots“ sind mit durchdachten Sicherheitsfunktionen ausgestattet. Fortschrittliche Sensoren und Kollisionserkennungssysteme sorgen für den sicheren Betrieb, auch in einer dynamischen Umgebung. Das ermöglicht den Menschen unmittelbar neben mobilen Robotern zu arbeiten, ohne dabei in Sachen Zuverlässigkeit oder Sicherheit Abstriche machen zu müssen.

Unterschiedlichste Aufgaben.

Victor Rodionov, COO von Baubot, erklärt die zentralen Aufgaben der neuen Bau-Roboter und die drei Kernbereiche des Unternehmens: „Der erste Bereich ist die Entwicklung und der Bau von kundenspezifischen Robotersystemen auf Basis unserer beiden Modelle MRS5 und MRS12. Der MRS5 ist etwas kleiner dimensioniert als der MRS12, hat einen kürzeren Roboterarm und verfügt über eine geringere Nutzlast. Die Aufgaben dieser ‚mechatronischen Kollegen‘ sind auf der Baustelle weit gefächert und reichen vom Bohren über das Schleifen und Polieren bis zum Schweißen oder Sprühen.“

Software und Steuerungssysteme.

Der zweite Kernbereich von Baubot ist die Entwicklung von Software und Steuerungssystemen, die es den Robotern ermöglichen, automatisch einzelne Tätigkeiten zu verrichten. Victor Rodionov: „Ein gutes Beispiel ist das Bohren. Das System verfügt über einen Endeffektor am Roboterarm – dieser allein reicht jedoch nicht. Hier braucht es zusätzlich entsprechende Softwarelösungen. Zudem gibt es technische Ergänzungen, zum Beispiel für die Kontrolle der Staubentwicklung, sodass der Staub direkt am Bohrloch abgesaugt wird.“

Mission Programme für den Bau.

Der dritte Bereich bei Baubot ist die Applikationssoftware, die als Gesamtlösung alle Abläufe beinhaltet. Baubot Planning and Simulation Environment (PSE) unterstützt zum Beispiel die schnelle grafische Planung der Missionspositionen und Fahrwege für das mobile Robotersystem in einer virtuellen Umgebung. Die Software importiert BIM-Dateien, Punktwolken, 3D-CAD-Dateien sowie 2D-Zeichnungen von Baugrundrissen direkt in die 3D-Umgebung. Baubot PSE verfügt zudem über einen integrierten Postprozessor, der virtuelle Simulationen in Missionsprogramme umwandelt, die speziell auf die jeweiligen Anforderungen vor Ort zugeschnitten sind.

Mehr Sicherheit am Bau.

Baustellen sind ein gefährliches Umfeld – und das schon lange. „Am Bau hat sich in den vergangenen 50 Jahren von den Abläufen her nicht wirklich viel verändert. In den meisten Bereichen kommen heute dieselben oder ähnliche Werkzeuge und Planungsmethoden wie vor einem halben Jahrhundert zum Einsatz. Das spiegelt auch die Gefahrenstatistik wider, die zeigt, dass jeder Mitarbeiter im Schnitt alle vier Tage einen Unfall hat. Das ist unglaublich, auch wenn es oft nur kleinere Verletzungen sind. Die besonderen Sicherheitsanforderungen, die an Roboter gestellt werden, können hier zu maßgeblichen Verbesserungen führen, da herkömmliche, manuelle Tätigkeiten im Alltag leider oft unzureichend abgesichert werden. Zudem neigen wir Menschen dazu, im Laufe der Zeit ‚überselbstsicher‘ und somit nachlässig zu werden“, erklärt Victor Rodionov. Besonders interessant ist laut Victor Rodionov, dass sich der „Sicherheitslevel“ aufgrund des Baubot-Einsatzes auf den Baustellen deutlich erhöht. „Das Safety Consulting der Sick Experten hat auch für uns viele interessante Fragen und Themen aufgeworfen, die wir in die Entwicklung der Maschine einfließen haben lassen.“ Das hat die Lösungsfindung deutlich vereinfacht und das Ergebnis ist nun, dass eine Steuerung, mit einer integrierten Safety-CPU, sämtliche Arbeitsprozesse am Baubot steuert und überwacht. Ein vollintegriertes Robotersystem für den Bau – Safety inklusive!

Löcher bohren im Tunnel.

Beim Baubot-Modell MRS12 ist das Bohren von Löchern eine der Hauptaufgaben. Trainings oder Einschulungen braucht der Roboter nicht – auf Basis seiner Programmierung weiß er genau, welche Position er beim Bohren einnehmen muss. Die Arbeiten laufen dadurch schnell und präzise ab. Improvisationen gibt es nicht. Es wird exakt so gebaut bzw. gebohrt wie geplant und natürlich alles dokumentiert, denn das System protokolliert jeden Arbeitsschritt mit. Zusätzliche Inspektionen oder die Aufnahme von weiteren Protokollen vor Ort kann man sich daher ersparen.

Automatisierung – nicht Autonomie.

Ein gutes Beispiel für die Arbeit des Baubot MRS12 in einem Tunnel ist die Montage von Geländern. Bei einem Tunnel wie dem Koralmtunnel sind das 30 Kilometer pro Richtung. Jeden halben Meter müssen bis zu vier Löcher für die Halterungen gebohrt werden. „Wir sprechen hier aber nicht von autonomer Arbeit der Maschine, die dann selbst Entscheidungen treffen müsste“, unterstreicht Victor Rodionov. „Wir fokussieren uns auf die Automatisierung, denn wir dürfen die Maschine hier aufgrund gesetzlicher Vorschriften nicht alleine arbeiten lassen, brauchen also einen Mitarbeiter am Gerät. Dieser muss jedoch nicht mehr die herausfordernde Arbeit des Bohrens für 8 Stunden täglich übernehmen. Die Maschine macht die anstrengende Bohrarbeit und die Werker kümmern sich um den Installationsprozess“, erklärt der Baubot COO. Das wird auch von den Mitarbeitenden auf der Baustelle gut angenommen. Waren sie am Anfang noch skeptisch gegenüber den Robotern, sind sie heute begeistert und wollen gerne so eine Maschine in ihrem Team haben. Sie sehen den Roboter nämlich nicht als Konkurrenz, sondern als ein Werkzeug.

Sick sorgt für Sicherheit.

Dank der umfassenden Expertise für Maschinensicherheit und Robotik spielte Sick als Partner von Anfang an eine wesentliche Rolle. Dabei galt es, intensiv auf das besondere Umfeld einzugehen. Ingo Wegscheider, Regional Sales Manager bei Sick Österreich: „Unsere Experten haben mit den Entwicklern von Baubot gesprochen, um alle Gefahren rund um die Maschine auszuloten. Dabei wurde auch berücksichtigt, dass im Tunnel oft eher unangenehme Arbeitsbedingungen herrschen – es ist staubig, feucht und schmutzig.“

Gefahrenquellen ergeben sich zum Beispiel aufgrund der Mobilität des Roboters, also durch seine Fahrbewegungen. Durch den Einsatz von Sicherheits-Laserscanner microScan 3 von Sick erkennt der Bauroboter, ob Hindernisse im Weg stehen bzw. liegen oder ein Arbeiter gestürzt ist. Die beiden Laserscanner können jeweils einen Bereich von rund 270 Grad absichern, decken also zusammen das gesamte Umfeld ab.

Gefahrenquelle Roboterarm.

Eine weitere wesentliche Gefahrenquelle sind die Bewegungen des Roboterarms selbst, die einen Menschen schwer verletzten könnten. Im Tunnel gilt es, mit flexiblen Sicherheitsfeldern zu arbeiten, die an die jeweilige Tätigkeit / Funktion des Roboters laufend angepasst werden. Rodionov: „Wir haben auf der Baustelle unterschiedliche und sich immer wieder veränderte Umfeld- und Gefahrensituationen, die auch berücksichtigen, was der Roboter gerade macht. Beim Fahren, Ausrichten, Bohren gibt es unterschiedliche Sicherheitsanforderungen und entsprechend weiter oder enger gefasste Sicherheitsfelder. Sicherheit ist dabei immer oberstes Gebot, darf aber nicht zum Arbeitsverhinderer werden.“

Laser punktet.

Der Roboter muss erkennen, ob ein erfasstes Hindernis tatsächlich auch eines ist. So muss er zum Beispiel an eine zu bebohrende Wand entsprechend nahe heranfahren. Selbstverständlich muss er auch immer die Position des Mitarbeiters im „Auge“ behalten. Die Lasersensoren messen die Distanzen mittels Licht-Laufzeit-Messung. Damit sind sie, aufgrund der oftmals harschen Umgebungsbedingungen, einem Kamerasystem deutlich überlegen. Ingo Wegscheider: „In staubiger Umgebung sind herkömmliche optische Sensoren oft nicht die erste Wahl. Auch im Freien – zum Beispiel bei Regen oder Schneefall – erweisen sich Lasersensoren als äußerst zuverlässig. Typische Anwendungen im Baubereich sind etwa die Entfernungsmessung bei der Montage von Leitschienen oder bei Geländern von Brücken.“

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