Automatisierte Vor-Ort-Montage von Holzbauteilen mittels zweier hydraulischer Großraummanipulatoren

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines automatisierten Vor-Ort-Montage-Prozesses. Es kommen zwei hydraulische Großraummanipulatoren zum Einsatz. Ein Manipulator greift und platziert Holzbauteile mit einem Vakuumgreifer, während der andere einen im Rahmen dieses Projekts entwickelten Verspann- und Schraubeffektor positioniert, welcher die Bauteile per Kreuzverschraubung verbindet. Diese Arbeit umfasst alle Schritte, von der Automatisierung zweier Großraummanipulatoren mit Endeffektoren, über das Sensorkonzept, die Modellierung, Zustandsschätzung, Pfadplanung anhand der Building Information Modeling (BIM) Daten, Trajektoriengenerierung, Positions- und Orientierungsregelung der Werkzeugspitze in Aufgabenraumkoordinaten bis hin zu einem kraftgeregelten Montagekonzept. Zur Positions- und Orientierungsregelung werden die vom Zustandsschätzer geschätzte Orientierung sowie genaue Positionsmessungen von einem robotischen Totalstationsnetzwerk verwendet. Die inverse differentielle Kinematik des Manipulators wird in Echtzeit mithilfe eines beschränkten quadratischen Optimierungsproblems gelöst. Experimente zeigen, dass die Positioniergenauigkeit im Millimeterbereich liegt. Die positions- und orientierungsgeregelte Vor-Ort-Montage von Holzbauteilen wird am Gebäudedemonstrator livMatS Biomimetic Shell in Freiburg praktisch demonstriert. Die Ergebnisse zeigen das Potential in Bezug auf Produktivität und Qualität auf. Um Positionierungsfehler auszugleichen, welche auf die Abweichung zwischen der realen Situation auf der Baustelle und dem BIM-Modell, mit dem die Pfade geplant werden, sowie auf die unsichere Bestimmung der Manipulatorpose in Referenz zur Baustelle zurückzuführen sind, wird ein kraftgeregelter Montageprozess entwickelt.