DE202020005627U1

DE202020005627U1 - Mobiler Roboter

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Publication number: DE202020005627U1
Application number: DE202020005627.8U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2030-09-10

Abstract

Mobiler Roboter, aufweisend eine mobile Plattform, einen von der mobilen Plattform (1) getragenen Roboterarm (3), an dessen Handflansch (4) eine Markierungsvorrichtung (5) angeordnet ist, und wenigstens eine an dem mobilen Roboter (1) angebrachte Erfassungsvorrichtung (6a, 6b) zur Erfassung von Raumgeometriedaten, und eine vom Roboterarm (3) verschiedene Zustellvorrichtung (14), welche an der mobilen Plattform (1) angeordnet ist und den Roboterarm (3) trägt, derart, dass durch ein Verstellen der Zustellvorrichtung (14) der Roboterarm (3) relativ zur mobilen Plattform (2) umpositioniert wird, wobei die Zustellvorrichtung (14) als Teleskoplinearachse ausgebildet ist, sowie eine Bewegungssteuerung (16) und eine Markierungssteuerung (13), wobei die Bewegungssteuerung (16) und die Markierungssteuerung (13) eingerichtet sind zur Durchführung eines Verfahrens mit den Schritten:
- automatisches Bewegen des mobilen Roboters (1) an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems (10) vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks,
- in Abhängigkeit eines von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems (10) vorgegebenen Arbeitsschrittes, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, automatisches Anbringen von Markierungen (7) mittels der Markierungsvorrichtung (5) des mobilen Roboters (1), indem der Roboterarm (3) die Markierungsvorrichtung (5) automatisch führt und die Markierungsvorrichtung (5) angesteuert wird, die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte an dem Bearbeitungsort durch Anbringen von die Arbeitsschritte kennzeichnenden Markierungen (7) vorzugeben.

Description

Die Erfindung betrifft wenigstens einen mobilen Roboter, der eine mobile Plattform und einen von der mobilen Plattform getragenen Roboterarm aufweist, an dessen Handflansch eine Markierungsvorrichtung angeordnet ist, sowie wenigstens eine an dem mobilen Roboter angebrachte Erfassungsvorrichtung zur Erfassung von Raumgeometriedaten. Die Erfindung betrifft außerdem einen ,zugehörigen mobilen Roboter.
Die DE 202 04 585 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Positionieren von Anlagenkomponenten in einer Anlage, insbesondere einer Fertigungsanlage für Fahrzeugkarosserien und Karosserieteile, wobei die Positioniervorrichtung eine Montagehilfe mit mindestens einem Ausleger und mindestens einem senkrechten Peilmittel aufweist, welche an der Anlagenkomponente mit definierter Position und Orientierung temporär montierbar ist, wobei der Ausleger mit dem Peilmittel über den seitlichen Umriss der Anlagenkomponente hinausreicht und das Peilmittel auf einen Einrichtpunkt am Anlagenboden ausrichtbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es einen mobilen Roboter zur Durchführung eines Verfahrens zur Bauplanung mittels Bauwerksdatenmodellierung und für die Bauausführung zu schaffen, , wodurch arbeitsvorbereitende Maßnahmen automatisiert durchgeführt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen mobilen Roboter nach Anspruch 1.
Ein Verfahren zur Bauplanung mittels Bauwerksdatenmodellierung und für die Bauausführung, umfasst:

- ein Rechnersystem, in dem ein virtuelles Modell eines Bauwerks und eine Planungsprozessbeschreibung zur Errichtung des Bauwerks gespeichert sind,
- wenigstens einen mobilen Roboter, der eine mobile Plattform und einen von der mobilen Plattform getragenen Roboterarm aufweist, an dessen Handflansch eine Markierungsvorrichtung angeordnet ist, sowie
- wenigstens eine an dem mobilen Roboter angebrachte Erfassungsvorrichtung zur Erfassung von Raumgeometriedaten, und aufweisend die Schritte:
- - automatisches Bewegen des mobilen Roboters an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks,
- - in Abhängigkeit eines von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Arbeitsschrittes, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, automatisches Anbringen von Markierungen mittels der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters, indem der Roboterarm die Markierungsvorrichtung automatisch führt und die Markierungsvorrichtung angesteuert wird, die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte an dem Bearbeitungsort durch Anbringen von die Arbeitsschritte kennzeichnenden Markierungen vorzugeben.

Die Bauplanung umfasst im Allgemeinen alle Vorgänge, um ein Bauvorhaben vorab gedanklich zu entwickeln und zu gestalten, so dass ein Bauvorhaben, beispielsweise die Errichtung eines Gebäudes, planvoll durchgeführt werden kann, also Anweisungen und Daten, wie beispielsweise Raumgeometriedaten, vorliegen, auf deren Basis Bauarbeiter und/oder Handwerker die Arbeitsschritte angeleitet durchführen können. Die gedanklichen Überlegungen können beispielsweise in Architekturzeichnungen und/oder Bauzeichnungen festgehalten sein. Natürlich können diese auch digital in 3D/2D-CAD-Daten festgehalten werden. Einfacher für die Integration in den digitalen Zwilling des Gesamtbau-plans Mit entsprechenden Berechnungen kann die Umsetzbarkeit der Planung nachgewiesen werden. Die Bauplanung ist somit der anfängliche Abschnitt vor einer Bauausführung. Die Bauplanung wird allerdings auch noch während der Bauausführung weitergeführt. Die Bauplanung ist außerdem in der Regel eine notwendige Voraussetzung für die Genehmigung eines Bauvorhabens.
Eine Schlüsseltechnologie der Bauplanung der Zukunft ist die Bauwerksdatenmodellierung (engl.: BIM - Building Information Modelling). Die Bauwerksdatenmodellierung basiert auf einem Datenmodell, dass von verschiedenen Handwerkern und Gewerbetreibenden genutzt und aufgebaut werden soll. Dabei handelt es sich nicht nur um Raumgeometriedaten (3D-Daten), sondern beispielsweise auch um Informationen zu Art und Beschaffenheit von Bauteilen und zur Art und Umfang der Nutzung des Gebäudes. Die Daten können den gesamten Lebenszyklus des Bauwerkes abdecken, also auch über den Abschluss der Entstehung des Bauwerks hinweg weiterbetrieben werden. Die Bauplanung kann beispielsweise die Hochbauplanung, die Ingenieurbauplanung, die Tief-, Straßen-, und Landschaftsbauplanung, sowie die Fachplanung umfassen. Die vorliegende Erfindung befasst sich schwerpunktmäßig mit der Ausführungsplanung, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Bauwerksdatenmodellierung ist ein wichtiger Aspekt auch für die Ausführungsplanung.
Bisher findet dieser Prozess wie folgt statt: Der Handwerker entnimmt die benötigten Maße und Positionen aus einem Plan, der auf Papier gedruckt wird. Diese Maße überträgt der Handwerker mit Zollstock, Maßband und Bleistift auf Decken, Wände und Böden. Das Anzeichnen nimmt viel Zeit in Anspruch und ist fehleranfällig. Fehler auf dem Plan, Fehlinterpretationen des Plans und menschliches Versagen sind möglich. Die fehlende Aktualisierungsmöglichkeit stellt zudem ein Problem dar. Deshalb ist aktuell sehr viel und kontinuierliche Kommunikation zwischen den verschiedenen Gewerken notwendig. Das kann zu einigen Abstimmungsproblemen führen. Kollisionen und Planungsfehler sind extrem kostspielig, vor allem weil es dabei meistens auch zu einem Terminverzug kommt.
Der Prozess des Bauens ist dynamisch. Änderung noch während der Bauphase haben verschiedene Gründe. Das sind zum Beispiel Kundenwünsche, technische Änderungen oder Planungsfehler. Deshalb ist es wichtig, dass die Bauarbeiter immer die korrekte und aktuelle Version der Baupläne zur Verfügung haben. Das ist nicht ganz einfach, wenn sich die Pläne wöchentlich oder manchmal sogar täglich ändern. Das verbreitetste Medium, der Plan in Papier, hat gravierende Nachteile bezüglich Flexibilität und Aktualisierungsmöglichkeit.
Ein weiteres Problem ist die Rückführung der Ist-Zustände und evtl. spontane Änderungen an der Baustelle. Häufig werden viele kleine Probleme spontan vor Ort auf der Baustelle gelöst. Dies führt dazu, dass oft falsche Pläne von Gebäuden existieren und/oder unklar ist, wie der tatsächliche Ist-Zustand aussieht. So ist beispielsweise manchmal nicht sicher, wo genau Leitungen in der Decke oder den Wänden verlaufen, nachdem die Decke bzw. die Wand betoniert wurde. Auch abgeschlossene Arbeiten werden oft nicht fertig gemeldet. So entstehen häufig unerwünschte Unterbrechungen zwischen den einzelnen Arbeitsschritten unterschiedlicher Gewerke.
Mittels des erfindungsgemäßen mobilen Roboters können flexiblere, sicherere und effizientere Methoden, Daten von der Bauwerksdatenmodellierung (BIM) auf die Baustelle zu bringen und umgekehrt, von der Baustelle in die Bauwerksdatenmodellierung (BIM) zurückzuführen.
Das Rechnersystem kann ein oder mehrere Computer umfassen. Die Computer können stationäre Rechnervorrichtungen sein, aber auch mobile Rechnervorrichtungen, wie beispielsweise Notebooks, Tablet-Computer, Smartphones oder Smart-Watches. Das Rechnersystem kann ein Server-Client-System sein. Verschiedene Rechner oder Computer können wahlweise drahtgebunden oder drahtlos miteinander kommunizieren. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das virtuelle Modell des Bauwerks und die Planungsprozessbeschreibung zur Errichtung des Bauwerks auf einem zentralen Serverrechner gespeichert sind und ein jeweiliger Bauplaner, Bauingenieur, Bauleiter, Bauarbeiter oder Handwerker ein Notebook, einen Tablet-Computer, ein Smartphone oder eine Smart-Watch bei sich trägt, um vor Ort auf einer Baustelle mit dem zentralen Serverrechner kommunizieren kann, um Daten von dem virtuellen Modell oder der Planungsprozessbeschreibung abzurufen oder Daten in das virtuelle Modell oder in die Planungsprozessbeschreibung zu schreiben.
Das virtuelle Modell des Bauwerks kann ein Architekturmodell beinhalten, welches die maßstäbliche Darstellung eines Bauwerkentwurfes umfassen kann. Darüber hinaus kann das virtuelle Modell des Bauwerks, beispielsweise neben Raumgeometriedaten aus dem Architekturmodell, auch sonstige.Daten umfassen, welche beispielsweise Daten von Bauzeichnungen und Daten aus Bauprozessen sein können. Die Bauplanung ist ein Abschnitt des Bauprozesses und kann auch noch während der Bauausführung und danach weitergeführt werden. Auch diesbezügliche Daten können als Teil des virtuellen Modells des Bauwerks verstanden werden. Sämtliche derartige Daten können Teil der Planungsprozessbeschreibung zur Errichtung des Bauwerks sein, auf dessen Grundlage das Verfahren durchgeführt werden können.
Zur Durchführung des Verfahrens ist wenigstens ein mobiler Roboter vorgesehen. Der wenigstens eine mobile Roboter dient dazu, einen vorbestimmten Bearbeitungsort innerhalb einer Baustelle automatisch aufzusuchen und/oder von einem vorbestimmten ersten Bearbeitungsort innerhalb einer Baustelle zu einem anderen vorbestimmten, zweiten Bearbeitungsort innerhalb der Baustelle zu wechseln. Der mobile Roboter kann eine Navigationsvorrichtung aufweisen, mittels welcher der mobile Roboter sich automatisch an den gewünschten Bearbeitungsort begeben kann.
Der mobile Roboter kann transportfähig ausgebildet sein, derart, dass er beispielsweise auf einen Anhänger geladen werden kann und mittels einer Zugfahrzeugs von einer Baustelle zu einer anderen Baustelle transportiert, insbesondere gefahren werden kann. Nachdem der mobile Roboter dann beispielsweise von dem Anhänger abgeladen wurde, kann er sich eigenständig d.h. automatisch innerhalb der Baustelle bewegen, insbesondere sich automatisch von einem Bearbeitungsort der Baustelle zu einem anderen Bearbeitungsort der Baustelle bewegen. Statt eines Aufladens auf einen Anhänger, kann der mobile Roboter auch direkt in ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Transportbus oder einen Van eingeladen werden.
Um sich selbständig d.h. automatisch bzw. autonom d.h. fahrerlos von einem Bearbeitungsort der Baustelle zu einem anderen Bearbeitungsort der Baustelle bewegen zu können, weist der mobile Roboter eine mobile Plattform auf. Die mobile Plattform kann ein autonomes Fahrzeug sein. Das autonome Fahrzeug kann beispielsweise Räder, insbesondere angetriebene Räder aufweisen. Die Räder, wahlweise angetrieben oder unangetrieben, können als Lenkräder ausgebildet ein. Alternativ oder ergänzend kann die mobile Plattform Raupenantriebe oder Kettenantriebe aufweisen, um auch auf unbefestigtem Untergrund fahren zu können. Sämtliche mögliche Arten von Radantrieben können derart ausgeführt sein, dass die mobile Plattform auch schräge Ebenen oder Stufen bzw. Treppen überwinden kann. Gegebenenfalls kann die mobile Plattform alternativ oder ergänzend zu Rädern, Raupen oder Ketten, auch Schreitwerke aufweisen, um sich fortbewegen zu können. In einer speziellen Ausführungsform kann die mobile Plattform als ein Laufroboter ausgebildet sein.
Der Roboterarm wird von der mobilen Plattform getragen und durch Bewegen der mobilen Plattform von einem Bearbeitungsort der Baustelle zu einem anderen Bearbeitungsort der Baustelle gebracht. Der Roboterarm selbst kann mehrere, nacheinander angeordnete, und mittels Gelenke drehbar miteinander verbundene Glieder umfassen. Der Roboterarm kann je Gelenk jeweils eine zugeordnete Antriebsvorrichtung umfassen. Der mobile Roboter weist auch eine Bewegungssteuerung auf, die ausgebildet ist, ein Roboterprogramm auszuführen und die Glieder und Gelenke des Roboterarms automatisch zu bewegen. Eines der mehreren Glieder bildet einen Handflansch des Roboterarms, an dem die Markierungsvorrichtung befestigt ist.
Die Bewegungssteuerung des mobilen Roboters ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke des Roboterarms gemäß des Roboterprogramms automatisiert oder gegebenenfalls auch in einem Handfahrbetrieb automatisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Bewegungssteuerung mit ansteuerbaren elektrischen Antrieben, d.h. Motoren verbunden, die ausgebildet sind, die jeweiligen Gelenke des Roboterarms zu verstellen.
Die Markierungsvorrichtung kann je nach Art der aufzubringenden Markierungen unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Markierungen können durch Linien, Symbole, Umrisse, Zahlen, Texte, Bilder und/oder sonstige Informationen gebildet werden. So können Linien beispielsweise Wege an Wänden, Decken oder Böden markieren, entlang denen Leitungen, wie beispielsweise Stromleitungen, Wasserleitungen, Heizungsrohr oder Kabelkanäle verlegt werden sollen. Derartige Linien können wahlweise Aufputzwege oder Unterputzwege repräsentieren. Die Linien können auch Konturen bilden, wie beispielsweise Kreise, Rechtecke oder Quadrate, welche Positionen anzeigen, an denen Anbauten, wie beispielsweise Unterputzdosen für elektrische Steckdoseneinsätze, Sicherungskästen, Spülkästen für Toiletten, Lüftungsklappen oder Rollladenkästen angebracht oder eingebracht werden sollen. Es können auch kleine Kreise oder Punkte für Bohrungen vorgesehen werden. Die Linien können auch Trennkanten markieren, an denen beispielsweise Schlitze eingebracht werden sollen, beispielsweise, wenn nachträglich vorgesehene Durchbrüche für Türen, Fenster oder Versorgungskanäle in Wänden, Decken oder Böden eingebracht werden sollen. Die Symbole können beispielsweise aus Normenwerken vorgegebene Symbole, beispielsweise aus den Bereichen der Elektrotechnik, Klimatechnik, Heizungstechnik und/oder Lufttechnik sein. Deren Bedeutung ist der Fachwelt aus den entsprechenden Normenwerken dann eindeutig bekannt. Zahlen und Texte können insbesondere Streckenlängen, Abmaße, Warnhinweise oder Bearbeitungshinweise umfassen. Bilder können beispielsweise grafische Darstellungen, wie Piktogramme sein oder auch scannbare Strichcodes oder QR-Codes. Die Codes können auch 2D-Barcodes oder insbesondere 2D-Matrix-Barcodes sein. Diese können auch umfasst QR-Codes und/oder Datamatrix-Codes umfassen. Dies alles können diejenigen Markierungen sein, welche die Arbeitsschritte kennzeichnen.
Die Erfassungsvorrichtung kann ausgebildet und eingerichtet sein, bereits vorhandene Markierungen, insbesondere die Linien, Symbole, Umrisse, Zahlen, Texte, Bilder und/oder sonstige Informationen zu erfassen. Damit ist beispielsweise eine automatisierte Überprüfung möglich, ob die vorgesehenen Markierungen vollständig und korrekt von dem mobilen Roboter angebracht worden sind. Die mittels der Erfassungsvorrichtung erfassten Bilder, Daten und/oder Informationen können dem Rechnersystem automatisch zugeführt werden. Die Erfassungsvorrichtung kann aber alternativ oder ergänzend auch ausgebildet und eingerichtet sein, andere Gegebenheiten als die Markierungen zu erfassen. So kann die Erfassungsvorrichtung ganz allgemein die Umgebung des mobilen Roboters erfassen, um beispielsweise die Position, Lage, Größe und/oder Gestalt der vorhandenen Wände, Böden, Decken, Durchbrüche, Türenausschnitte, Fensterausschnitte, Treppen und/oder Einrichtungen bzw. Anbauten zu erfassen. Diese erfassten Informationen können auch dem Rechnersystem automatisch zugeführt werden. Insbesondere können diese Informationen auch dazu genutzt werden, um den mobilen Roboter innerhalb des Bauwerks navigieren zu können. Diese Informationen können somit die Raumgeometriedaten umfassen. Auch hierdurch kann eine automatisierte Überprüfung bzw. Kontrolle der bereits durchgeführten Arbeitsschritte am Bauwerk stattfinden.
Gemäß dem grundlegenden Verfahren erfolgt ein automatisches Bewegen des mobilen Roboters an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks. Das automatisches Bewegen des mobilen Roboters an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks ist insbesondere ein Fortbewegen des mobilen Roboters innerhalb eines Rohbaus von einem ersten vorgegebenen Bearbeitungsort zu einem zweiten vorgegebenen Bearbeitungsort. Das Bewegen des mobilen Roboters kann ein Feinpositionieren umfassen, das der mobile Roboter ausführt, um beispielsweise an demselben Bearbeitungsort von einer ersten Bearbeitungsstelle zu einer zweiten Bearbeitungsstelle zu wechseln. Dies kann beispielsweise ein Wechseln der Position innerhalb eines Raumes des Rohbaus von einer Seitenwand des Raumes zu einer anderen Seitenwand des Raumes sein.
In Abhängigkeit eines von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Arbeitsschrittes, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, erfolgt gemäß dem grundlegenden Verfahren ein automatisches Anbringen von Markierungen mittels der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters, indem der Roboterarm die Markierungsvorrichtung automatisch führt und die Markierungsvorrichtung angesteuert wird, die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte an dem Bearbeitungsort durch Anbringen von die Arbeitsschritte kennzeichnenden Markierungen vorzugeben.
Der mobile Roboter führt also die Arbeitsschritte nicht selbst durch, sondern bringt lediglich Markierungen an, die informelle Hilfestellungen bieten, damit ein Arbeiter die vorgegebenen Arbeitsschritte unter dieser Hilfestellung handwerklich ausführen kann. Da der mobile Roboter die Arbeitsschritte nicht selbst ausführt, sondern lediglich die Markierungen anbringt, kann der betreffende mobile Roboter deutlich weniger robust und leistungsfähig konstruiert sein. Insbesondere der Roboterarm kann deutlich leichter ausgeführt werden, da der Roboterarm nur derart leistungsfähig konstruiert sein muss, dass er die Markierungsvorrichtung positionsgenau führen kann. Die Markierungsvorrichtung wird im Allgemeinen deutlich leichter sein, als ein notwendiges Werkzeug, wie beispielsweise eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer, mit dessen Hilfe der beispielhafte Arbeitsschritt durch den Arbeiter ausgeführt wird. Außerdem treten während des automatischen Markierens mittels der Markierungsvorrichtung nur sehr geringe Prozesskräfte auf, so dass auch aus diesem Grund der Roboterarm deutlich weniger leistungsfähig sein muss.
Die Arbeitsschritte können beispielsweise das Verlegen von Leitungen, wie beispielsweise Stromleitungen, Wasserleitungen, Heizungsrohr oder Kabelkanäle, sein, die an Wänden, Decken oder Böden angebracht werden sollen und die mittels der Markierungen dem Arbeiter vorgegeben werden. Die Arbeitsschritte können, je nach Anweisung durch die Markeirungen, wahlweise in Aufputzmontage oder Unterputzmontage ausgeführt werden. Die Arbeitsschritte können beispielsweise das Anbringen von Anbauten, wie beispielsweise Unterputzdosen für elektrische Steckdoseneinsätze, Sicherungskästen, Spülkästen für Toiletten, Lüftungsklappen oder Rollladenkästen, umfassen. Dabei können die Markierungen von Linien gebildet werden, die beispielsweise Wege markieren, entlang denen die Leitungen verlegt werden sollen. Die Linien können auch Konturen bilden, wie beispielsweise Kreise, Rechtecke oder Quadrate, welche Positionen anzeigen, an denen Anbauten angebracht oder eingebracht werden sollen. Die Linien können auch Trennkanten markieren, an denen beispielsweise Schlitze eingebracht werden sollen, beispielsweise, wenn nachträglich vorgesehene Durchbrüche für Türen, Fenster oder Versorgungskanäle in Wänden, Decken oder Böden eingebracht werden sollen. Die Symbole können beispielsweise aus Normenwerken vorgegebene Symbole, beispielsweise aus den Bereichen der Elektrotechnik, Klimatechnik, Heizungstechnik und/oder Lufttechnik sein.
Für einen besonders zeiteffizienten Baubetrieb kann vorgesehen sein, dass gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der wenigstens eine mobile Roboter nachts bei Dunkelheit die Markierungen anbringt und dann anschließend die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte von Arbeitern tagsüber, also bei Helligkeit durchgeführt werden. In einer auf die handwerklich von Arbeitern ausgeführten Arbeitsschritte folgenden Nacht kann der wenigstens eine mobile Roboter dann, beispielsweise auch bei Dunkelheit, die durchgeführten Arbeitsschritte am Bearbeitungsort automatisch überprüfen und kontrollieren. Dazu kann der mobile Roboter seine Erfassungsvorrichtung nutzen.
Das automatische Anbringen von Markierungen mittels der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters kann demgemäß durch ein Aufzeichnen und/oder Eingravieren von Linien, Symbolen, Umrissen, Zahlen, Texten, Bildern und/oder sonstigen Informationen auf eine bereits gefertigte Wand, Decke oder einen Boden des Bauwerkes erfolgen, wobei das Aufzeichnen und/oder Eingravieren gemäß einem von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems vorgegebenen Arbeitsschritt, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, erfolgt.
Durch das automatische Anbringen von Markierungen mittels der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters in Form von Linien, Symbolen, Umrissen, Zahlen, Texten, Bildern können auch Informationen auf der bereits gefertigten Wand, Decke oder dem Boden des Bauwerkes angebracht werden, über personenbezogene Daten, unternehmensbezogene Daten, werkzeugbezogene Daten, werkstoffbezogene Daten und/oder arbeitsverfahrensbezogene Daten.
Mittels der Erfassungsvorrichtung des mobilen Roboters können Raumgeometriedaten erfasst werden, die Informationen enthalten über die räumliche Position und/oder Lage von bereits gefertigten Wänden, Decken oder Böden des Bauwerkes, sowie in diese eingebrachte Öffnungen, Ausnehmungen, Anbauten und/oder aufgezeichneten bzw. eingravierten Markierungen, wobei die erfassten Raumgeometriedaten dem Rechnersystem automatisch übermittelt werden, so dass das virtuelle Modell im Rechnersystem und/oder die Planungsprozessbeschreibung im Rechnersystem die übermittelten Raumgeometriedaten auswerten kann.
Mittels der Erfassungsvorrichtung des mobilen Roboters können Raumgeometriedaten erfasst werden, die Informationen enthalten über die räumliche Position und/oder Lage von bereits gefertigten Wänden, Decken oder Böden des Bauwerkes, sowie in diese eingebrachte Öffnungen, Ausnehmungen, Anbauten und/oder aufgezeichneten bzw. eingravierten Markierungen, wobei die erfassten Raumgeometriedaten einer Bewegungssteuerung des mobilen Roboters zugeführt werden, derart, dass auf Basis der zugeführten Raumgeometriedaten die mobile Plattform des mobilen Roboters sich automatisch an einen von der Planungsprozessbeschreibung vorgegebenen Bearbeitungsort navigieren kann.
Die Erfassungsvorrichtung kann eine optische Erfassungsvorrichtung sein. Die optische Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Laser, Laserscanner, Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Kameras, Tiefenbildkameras umfassen. Die Erfassungsvorrichtung, insbesondere in der Bauart als optische Erfassungsvorrichtungen, auch wie erwähnt, kann auch dazu genutzt werden, die daraus gewonnenen Informationen zur Positionierung der Markierungsvorrichtung an der Oberfläche zu verwenden, auf welche die Markierungen angebracht werden sollen.
Zur Durchführung des Verfahrens kann der mobile Roboter eine Markierungssteuerung aufweisen, die ausgebildet ist, die Markierungsvorrichtung anzusteuern, wobei die Markierungsvorrichtung durch den Roboterarm automatisch geführt wird und die Markierungssteuerung eingerichtet ist, die Markierungsvorrichtung in einer planen Ebene zu bewegen, um die Markierungen an Wänden, Decken oder Böden des Bauwerkes anzubringen, wobei der Roboterarm, welcher die Markierungsvorrichtung in einer planen Ebene automatisch bewegt, durch eine vom Roboterarm verschiedene Zustellvorrichtung des mobilen Roboters vorpositioniert wird, wenn sich die mobile Plattform in einer Grundposition am Bearbeitungsort befindet.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen mobilen Roboter, aufweisend eine mobile Plattform, einen von der mobilen Plattform getragenen Roboterarm, an dessen Handflansch eine Markierungsvorrichtung angeordnet ist, und wenigstens eine an dem mobilen Roboter angebrachte Erfassungsvorrichtung zur Erfassung von Raumgeometriedaten, sowie eine Bewegungssteuerung und eine Markierungssteuerung, wobei die Bewegungssteuerung und die Markierungssteuerung eingerichtet sind zur Durchführung eines oder mehrerer der beschriebenen Verfahren.
Der mobile Roboter kann eine vom Roboterarm verschiedene Zustellvorrichtung aufweisen, welche an der mobilen Plattform angeordnet ist und den Roboterarm trägt, derart, dass durch ein Verstellen der Zustellvorrichtung der Roboterarm relativ zur mobilen Plattform umpositioniert wird.
Die mobile Plattform kann von einem geländegängigen autonomen Fahrzeug gebildet werden, welches ausgebildet ist, den Roboterarm und/oder die den Roboterarm tragende Zustellvorrichtung innerhalb des Bauwerks an den Bearbeitungsort zu fahren.
Die Markierungsvorrichtung kann einen von dem Roboterarm getragenen Druckerkopf umfassen, der einen von der Markierungssteuerung angesteuerten Tintenstrahldruckkopf aufweist.
Das Verfahren zur Bauplanung mittels Bauwerksdatenmodellierung und für die Bauausführung umfasst im Wesentlichen die Übertragung von Informationen an einen Bearbeitungsort und das Aufnehmen von Informationen von einem Bearbeitungsort. Aufgrund dieser Hauptfunktionen umfasst das System, welches wenigstens ein Rechnersystem und wenigstens einen mobilen Roboter aufweist, und das verfahrensgemäß betrieben wird, wenigstens eine Markierungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Druckkopf, Tintenstrahldruckkopf oder einen Plotter. Statt lediglich zu Drucken, kann die Markierungsvorrichtung auch materialabtragend arbeiten, d.h. beispielsweise durch Gravieren eine Gravur aufbringen, durch Meißeln oder Fräsen ein Relief oder sonstige Vertiefungen aufbringen. Eine Erfassungsvorrichtung kann messende Einheiten umfassen, die sowohl Raumgeometriedaten messen und verarbeiten, z.B. zwecks Selbstlokalisierung, als auch Bilder aufnehmen können, wahlweise in Mono oder Stereo, um daraus, zusammen mit den Raumgeometriedaten, beispielsweise texturierte 3D-Detailkarten zu erstellen.
Das vorgestellte Robotersystem, welches im Wesentlichen aus einem Roboter oder aus mehreren mobilen Robotern besteht, trägt und führt diese Hauptelemente von Markierungsvorrichtung und Erfassungsvorrichtung auf der Baustelle autonom. Alternativ oder ergänzend kann der mobile Roboter auch manuell ferngesteuert an die richtige Position in der realen Welt, also auf der realen Baustelle bewegt werden.
Auf Grund der hohen örtlichen Komplexität der Umgebung sowie der beengten Platzbedingungen wird insbesondere auch ein System vorgeschlagen, welches einerseits eine sehr hohe Mobilität auch in schwierigem Umfeld oder Gelände mitbringt, und andererseits eine sehr große Beweglichkeit aufweist, insbesondre derart, dass zwischen einer mobilen Plattform und einem Roboterarm eine Zustellvorrichtung zwischengefügt ist. Auch so können alle Anforderungen an Kosten, Sicherheit, Leichtbau und Robustheit berücksichtigt werden.
Mit anderen Worten ist es mit diesem System möglich, jede Stelle einer Baustelle, insbesondere mit normaler Deckenhöhe von bis zu ca. 3 Metern beispielsweise, zu erreichen und zu beschriften bzw. zu vermessen. Dabei kann die mobile Plattform in einem gewissen Bereich um die Arbeitsstelle frei und gut zugänglich positioniert werden.
Die mobile Basis umfasst eine Plattform, die sich beispielsweise über einen Raupenantrieb fortbewegt. Die Plattform ist elektronisch betrieben und verfügt beispielsweise über einen Akku, der sich insbesondere in einem hinteren Teil des Fahrzeugs befinden kann. Der mobilen Basis ist es möglich, Treppen zu steigen, wenn sie beispielsweise über einen neigbaren Ausleger verfügt. Die Dimensionierung der Basis ist so ausgelegt, dass es dem Roboter möglich ist Türen zu passieren.
Der mobile Roboter kann ausgebildet sein, autonom zu navigieren. Die aufgenommenen Daten der Sensoren können mit den hinterlegten Daten des Gebäudes verglichen werden. Die Umgebung kann aus einer Kombination von verschiedenen Sensoren erfasst werden. Der mobile Roboter kann dazu beispielsweise über 3D-Kameras und/oder über einen LIDAR, d.h. Licht-/Laserscanner verfügen.
Die Grundstruktur der optionalen Zustellvorrichtung kann beispielsweise extrudierte Aluminiumprofile aufweisen, und die Gelenke der Zustellvorrichtung können dabei aus Teilen aus Aluminiumdruckguss bestehen, welche in das jeweilige Aluminiumprofil hineingesteckt und befestigt, insbesondere verschraubt, geschweißt oder geklebt wird. Diese Bauweise bietet große Vorteile bezüglich Statik und Gewicht. Das Ziel der Zustellvorrichtung bzw. eines solchen Zustellungsarmes ist es, insbesondere die großen Höhendistanzen zu überwinden und somit Arbeiten auf Böden und Decken zu ermöglichen. Durch die langen Profile des Zustellarmes, kann dieser mit Elektrozylindern angetrieben werden. Diese Elektrozylinder können die erforderlichen Kräfte zum Entfalten aus den eingeklappten Positionen (z.B. Transportstellung) aufbringen. Die Ausführung als Doppelschwinge beispielsweise, kann für die nötige Torsionsstabilität sorgen.
Der Roboterarm des mobilen Roboters kann als ein Leichtbauarm ausgebildet sein. Dieser hat die Aufgabe, den Endeffektor d.h. die Markierungsvorrichtung zu führen. Die Bauart als Leichtbauarm hat ein besonders gutes Leistungs-/ Gewichtsverhältnis.
Der Endeffektor, d.h. die Markierungsvorrichtung kann in einer speziellen Ausführungsform beispielsweise einen Druckkopf eines Tintenstrahldruckers beinhalten. Dieser Drucker kann verschiedenste ebene oder gewölbte Untergründe mit Schrift, Bild oder Barcodes bedrucken. Zusätzlich können am Endeffektor mehrere 1D-Laserabstandssensoren befestigt sein, die eine genaue Position des Endeffektors relativ zu Boden, Wand und Decke, die beschriftet werden soll, bestimmen können. Der Druckkopf kann außerdem beispielsweise über eine im Dreieck angeordnete Omnidirektionalräder-Anordnung verfügen. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Roboterarm in einem gleichbleibenden Abstand zum Untergrund zu positionieren und somit konstant gute Markierungsergebnisse zu erzeugen. Zusätzlich kann der Endeffektor durch die omnidirektionalen Räder entlang des Untergrundes in alle Richtungen bewegt werden.
Die Falle dieses Ausführungsbeispiels gewählte Kinematik kombiniert besonders vorteilhaft einen großen Arbeitsraum mit einer reduzierten bzw. vertretbaren Gesamtkomplexität. Durch eine serielle Anordnung einer im Wesentlichen vertikalen Zustellung und einer planen Bewegung des Endeffektors mit freier Orientierungsmöglichkeit im Raum, ergibt sich ein zylinderförmiger Ist-Arbeitsraum, der den Soll-Arbeitsraum gut abgedeckt und selbst schwer zugängliche Stellen in Ecken der Räume erreichbar macht. Der Sollarbeitsraum ist im Wesentlichen mit seinen ebenen Begrenzungen durch die Decke nach oben und den Boden nach unten definiert. Dieser zylinderförmige Arbeitsraum wird nach vorne hin erweitert indem die Basis des Roboterarmes nicht nur vertikal, sondern auch horizontal durch Stellaktuatoren verfahren werden kann. Dies erhöht die Reichweite nach vorne signifikant und verbessert durch die kinematische Redundanz die Beweglichkeit, um auch Hindernisse zu umschwenken. Ein Kippen bzw. Umorientieren der Basis des Roboterarms ermöglicht einerseits ein Zusammenfalten des Armes in eine Parkposition und gibt andererseits dem Roboterarm durch eine Änderung der Grundausrichtung in besonderen Situationen eine extra große Reichweite, z.B. bis ca. 4 Meter Arbeitshöhe oder unterhalb des Bodenniveaus in Absenkungen oder in Gruben.
Weitere Varianten des Verfahrens und des mobilen Roboters sind gemäß den folgenden Ausprägungsformen auch möglich:

In einer ersten Ausprägungsform kann die Zustellvorrichtung als eine Teleskoplinearachse ausgeführt sein, insbesondere mit einem Freiheitsgrad. Die Zustellvorrichtung als Basis des Roboterarmes kann in einer einfachen Ausführungsform auf einer Linearachse, insbesondere auch einer Teleskopachse, insbesondere auf einer Doppel-Schlittenachse, so verschiebbar sein, dass sowohl der Boden als auch die Decke des Bearbeitungsortes von der Markierungsvorrichtung erreicht werden können. Die Linearachse kann in einer Transportstellung manuell nach hinten auf ein Fahrzeug geklappt oder geschwenkt und anschließend verriegelt werden. Eine Doppel-Schlittenachse kann einen fahrzeugfesten Schlitten aufweisen, der über eine Schiene mit einer Hubachse verbunden sein kann. Die Hubachse kann eine weitere Schiene tragen, auf der ein weiterer Schlitten mit der Basis des Roboterarmes verbunden ist. Die Schlitten können beispielsweise über einen umlaufenen Riemen so verbunden sein, dass sich ein Schlitten relativ zur Hubachse hochbewegt und dabei der andere Schlitten gekoppelt herunter bewegt. Dies reduziert die Gesamthöhe des Systems in der unteren Stellung, sodass auch Türen problemlos durchfahren werden können.

In einer zweiten Ausprägungsform kann die Zustellvorrichtung mechanisch gekoppelte Achsen aufweisen, beispielsweise mit zwei Freiheitsgraden.
Werden in diesem Fall zwei Riemen, vorzugsweise mit 1:1 Übersetzung, oder zwei Koppelstangen, vorzugsweise in Parallelogramm-Anordnung, verwendet, um die Gelenkbewegungen koppeln zu können, kann auf einen Schwenkantrieb in der Basis des Roboterarms verzichtet werden, da diese stets horizontal ausgerichtet geführt wird. Ein platzsparendes Umklappen in eine Parkstellung kann beispielsweise manuell durch Lösen einer Verriegelung erfolgen.
In einer dritten Ausprägungsform kann die Zustellvorrichtung mechanisch gekoppelte Achsen aufweisen, wie in der zweiten Ausprägungsform, hier jedoch zusätzlich mit gekoppelten Grundachsen, so dass sich nur ein Freiheitsgrad ergibt.
Zur weiteren Reduzierung der Antriebskomplexität kann ein Elektrozylinder durch eine weitere mechanische Kopplung zwischen den Gelenken ersetzt werden. Hierbei können ebenfalls Riemen oder Koppelgetriebe zum Einsatz kommen, die hier jedoch ins Schnelle übersetzen, um eine im Wesentlichen vertikale Bewegung, vorzugsweise eine im Wesentlichen geradlinige vertikale Bewegung zu erzeugen.
In einer vierten Ausprägungsform kann die Zustellvorrichtung mit einer zusätzlichen vertikalen Drehachse in der mobilen Plattform realisiert sein, und dabei insbesondere drei Freiheitsgrade aufweisen.
Als maximale Ausbaustufe kann die Zustellvorrichtung seitlich geschwenkt werden, um den Reichweitenvorteil nach vorne auch seitlich nutzen zu können und die Beweglichkeit des Systems zu maximieren.
Ein beispielhafter Arbeitsablauf kann wie folgt durchgeführt werden:

Der mobile Roboter führt nach Feierabend, wenn die Handwerker die Baustelle verlassen haben, seine Arbeiten aus. Er scannt die Umgebung und vergleicht diese mit dem digitalen Zwilling aus dem BIM-Datenmodell. Er vergleicht den Ist- und Sollzustand und führt alle notwendigen Markierungen für ausstehende oder bereits getätigte Arbeiten aus. Diese Markierungen können z.B. Informationshilfen oder Bestätigungsmöglichkeiten in eingebetteten 1D-/2D-Codes sein. Möglich sind auch konkrete Arbeitsanweisungen oder Markierungshilfen für Arbeitstätigkeiten wie Bohrungen/Schlitze setzen oder sonstige anstehende Oberflächenbearbeitungen.

Ebenso können Codes und Markierungen auch dazu dienen, beispielsweise mit dem Smartphone oder einem Tablet-Computer virtuelle Information zu den Aufgaben oder zur Arbeitsvorgabe in der realen Umgebung bereits vor Arbeitsbeginn mittels Augmented-Reality anzuzeigen. Die Darstellung der Augmented-Reality oder auch Virtual-Reality kann unabhängig von der echten Welt sein.
Der mobile Roboter kann elektrisch betrieben sein und zu seiner Versorgung einen elektrischen Energiespeicher mit sich führen. Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise ein Akkumulator oder eine Batterie sein. Dieser Akkumulator sollte für eine durchgehende Nachtschicht ausgelegt werden. Ist der mobile Roboter mit seiner Markierungsarbeit fertig, kann er selbstständig zu einer Ursprungs- oder Ladeposition zurückfahren. Hier kann er sich entweder durch Schleifkontakte oder Induktion aufladen oder am kommenden Morgen durch Handwerker angesteckt und aufgeladen werden. Die Handwerker haben aufgrund der Markierungen, die der mobile Roboter beispielsweise nachts angebracht hat, für den kommenden Tag die aktuellen benötigten Informationen und Bemaßungen, um weiterarbeiten zu können. Falls notwendig, kann der Handwerker kurz vor Feierabend den Roboter vom Ladegerät nehmen und den Roboter auf die kommende nächtliche Arbeit vorbereiten.
Der erfindungsgemäße mobile Roboter kann bei der Bemaßung unterstützen. Um Produkte, d.h. Anbauten montieren und installieren zu können, wird deren exakte Position benötigt. Die Position ist häufig abhängig von einer ganzen Kette anderer Bauteile. Die Position wird konventionell dem Plan entnommen. Mit Hilfe der Erfindung kann beispielsweise die Position einer Türe auf den Boden und auf die Wand markiert, insbesondere gedruckt werden. So weiß der Türenmonteur exakt wo er die Türe zu montieren hat. Er spart sich also Zeit, die er sonst mit Anzeichnen und Einmessen verbringen müsste. Dadurch dass der mobile Roboter die realen Randbedingungen für den Türeinbau bereits vorab ausgemessen hat, kann die Türe auch bereits vorab in der Werkstatt auf die Bausituation angepasst werden. Somit kann durch den parallelen Bearbeitungsprozess und dem dadurch vereinfachten Montageprozess viel Zeit gespart und Fehler vermieden werden.
Um effizient zu arbeiten, ist es wichtig die verschiedenen Bauteile und deren Eigenschaften, die sich in Produktinformationen kennzeichnen können, zu kennen. Mit dem mobilen Roboter können wichtige Produktinformationen direkt auf das Bauteil oder den Untergrund, wie eine Wand, einen Boden oder eine Decke gedruckt werden. Zum Beispiel kann auf einer Wand markiert werden, welche Art von Gips aufgebracht werden muss.
Auch können zu montierende Bauteile in Form einer digitalen Stückliste direkt vor Ort eingesehen und angefordert werden.
Der mobile Roboter kann mit seiner Markierungsvorrichtung, wie beispielsweise dem Druckkopf, Codes auf Decken, Wände und Böden drucken. Mit Hilfe eines Codes haben Bauarbeiter die Möglichkeit, gezielt die wichtigsten Informationen für den nächsten Prozessschritt vor Ort abrufen zu können. So können Sie z.B. Montageanleitungen, notwendige Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien und Informationen (Seriennummern, Dokumentationsnummern) zu spezifischen Bauteilen einsehen. Beim Einsatz von Augmented Reality Systemen kann der Code als Start-Marker mit Positionsangabe dienen. Beispielsweise über ein Smartphone können auch Animationen an dessen Display eingeblendet werden, die den Zusammenbau von Teilen erklären. Der Code kann auch einen Zugriff auf Kontaktdaten von Personen erlauben, die bisher an dem Bauteil gearbeitet haben oder erweitertes Wissen dazu haben. Über Codes, wie beispielsweise Strichcodes, 2D-Codes oder QR-Codes, die einem Bauteil durch das Markieren zugewiesen sind, kann der zeitliche Fortschritt dokumentiert werden. So kann beispielsweise ein Elektriker, nachdem er eine Steckdose montiert hat, den Code abscannen und so dem System mitteilen, dass dieser Bereich bereit für die Gipserarbeiten ist. Dadurch wird die Logistik des Baus verbessert.
Bei manchen Arbeiten, wie z.B. Fliesen, Parkett oder Leitungen verlegen, sind Hilfsraster von großem Vorteil für die Handwerker. Das Hilfsraster bietet eine Referenz zu den vertikalen und horizontalen Ebenen. So können die Arbeiten exakt zum Rest der Baustelle ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung muss ansonsten mit relativ aufwendigen Hilfsmitteln wie Kreuzlinienlasern oder Wasserwaagen kontrolliert und hergestellt werden. Das kostet die Handwerker viel Zeit und benötigt teure Vermessungsexperten. Durch die Unterstützung des Hilfsrasters, das mittels der Markierungsvorrichtung angebracht wurde, können die Handwerker schneller und präziser arbeiten.
Verdeckte Elemente, wie beispielsweise Rohre in der Decke können mit der Markierungsvorrichtung auch visualisiert werden. Bei nachträglichen Arbeiten, wie zum Beispiel dem Bohren ist die Gefahr groß, eine bereits unterputz verbaute Leitung oder Rohr zu treffen und zu beschädigen. Da nicht alle Leitungen in den Plänen bemaßt sind, ist es unmöglich zu wissen, wo diese genau verlaufen. Durch die Markierungsvorrichtung wird es möglich, die versteckten Elemente auf Bauteile, Böden, Wände und Decken automatisch zu drucken und somit zu visualisieren.
Referenzpunkte werden bereits heute auf Baustellen platziert, damit alle Handwerker auf den gleichen Punkt einmessen. Diese Referenzpunkte werden normaler Weise von der Bauleitung oder dem Vermessungsteam gesetzt. Diese Referenzpunkte können nun mit dem Verfahren und der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters exakt nach Vorgabe des BIM automatisch angebracht, gedruckt oder vorbereitet werden.
Ein Meterriss ist ein Referenzmaß, von dem aus alle Handwerker arbeiten. Er markiert 1000 mm Höhe zum fertigen Boden. Aufgrund des Meterrisses werden Bodenarbeiten, Decken, Türen, Fenster und viele weitere Bauteile ausgerichtet. Mit dem Verfahren und der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters kann der Meterriss autonom und extrem genau, in allen Räumen automatisch angezeichnet werden.
Positionen von Bohrungen und Beschriftungen von Räumen und Objekten können mit dem Verfahren und der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters ebenfalls automatisch markiert werden. Um die verschiedenen Bauteile anzubringen, werden in jedem Gebäude tausende Löcher gebohrt. Deren Position wird im Vorfeld bestimmt. Mit dem Verfahren und der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters können diese Positionen sehr genau angebracht werden. Das wirkt sich positiv auf die Genauigkeit und die Effizienz aus.
Mit dem Verfahren und der Markierungsvorrichtung des mobilen Roboters können Beschriftungen von Stockwerken und Räumen durchgeführt werden. In größeren Gebäuden ohne Innenausbau ist es für Handwerker nicht einfach den richtigen Raum zu finden. Verwechslungen sind oft möglich und können zu großen Verzögerungen im Bauprozess führen. Der mobile Roboter kann die verschiedenen Räume beschriften und so den Handwerkern helfen, den richtigen Raum zu finden.
Der mobile Roboter kann über verschiedene Tinten verfügen, die unter anderem für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden können. Verschiedene Farben der Tinten eines Druckkopfes der Markierungsvorrichtung können beispielsweise die unterschiedlichen Gewerbearten repräsentieren.
Dazu können Tinten verwendet werden, welche je nach speziellem Anwendungsfall angewendet werden können:

Es können UV-sichtbare bzw. fluoreszierende Tinten eingesetzt werden. Diese Tinten haben die Eigenschaft, dass sie bei normalem Licht unsichtbar sind. Erst im Licht einer UV-Lampe werden sie sichtbar. Dies hat den Vorteil, dass bereits fertige Wände, mit der Tinte bedruckt werden können, ohne dass die Markierungen sichtbar sind. Sucht ein Handwerker dann z.B. an einer fertigen Wand die Leitungen, findet er diese, indem er eine UV-Licht-Taschenlampe nutzt oder einen Schwarzlichtstrahler aufstellt.

Es können selbstauflösende Tinten eingesetzt werden. Diese Tinten können ebenfalls auf fertigen Oberflächen eingesetzt werden. Durch das Einwirken der Luftfeuchtigkeit, zersetzt die selbstauflösende Tinte sich und ist deshalb nur wenige Tage oder Wochen sichtbar.
Es können abwaschbare Tinten eingesetzt werden. Diese Tinten sind besonders gut abwaschbar und können mit einem geeigneten Reinigungsmittel gut entfernt werden.
Mit dem mobilen Roboter kann die Aufnahme des IST-Zustandes erfolgen. Der mobile Roboter kann über eine oder mehrere Kameras verfügen, welche die Umgebung beispielsweise mittels 3D-Scanning und Photogrammmetrie erfassen können. Die gewonnenen Daten werden ins BIM-Datenmodell zurückgespeist. Über Bildverarbeitungssoftware können Bauteile bestimmt und deren Position abspeichert werden.
So erübrigen sich viele Kontrollgänge von Bauleitern und Ingenieuren. Sie können den neusten Stand der Baustelle vom Büro aus überprüfen und kontrollieren. Die Bauleiter wissen zu jedem Zeitpunkt wie weit der Bau fortgeschritten ist und wo Engpässe entstehen können. So können sie den Baufortschritt sehr einfach und gut aus der Ferne kontrollieren und koordinieren.
Bauherren wird es möglich sein, den aktuellen Stand ihres Gebäudes dreidimensional zu betrachten. Die Betrachtung kann beispielsweise mittels Virtual-Reality-Brillen oder Augmented-Reality-Anwendungsprogrammen beispielsweise auf einem Smartphone oder einem Tablet-Computer stattfinden. Zeitaufwändige Besichtigungen vor Ort erübrigen sich dadurch.
Bisher nehmen alle Handwerke ihre Maße selbst auf. Das heißt, sie gehen vor Ort und messen mit Doppelmeter, Maßband, Distanzer bzw. Distometer und gegebenenfalls unterstützt durch Kreuzlinienlaser, als Hilfsmittel zum Messen, die verschiedenen Räume aus. Diese Arbeit kann der mobile Roboter übernehmen. Durch dessen Einsatz können alle Handwerker auf ein exaktes Datenmodell zurückgreifen. Das spart nicht nur Kosten für die Handwerker, es sorgt auch für ein genaueres Arbeiten und Planen. Die Gesamtkosten für das Bauwerk sinken.
Auch nach der Vollendung des Bauwerks ist es hilfreich, über beispielsweise dreidimensionale Scans des gesamten Bauwerkes den Baufortschritt bzw. den Bauzustand zu dokumentieren. In einem Schadenfall kann genau überprüft werden, wer die Verantwortung für den Schaden, zum Beispiel ein Wasserschaden, trägt. Auch können die Baufortschrittsdaten für Evidenzbasiertes Management (z.B. engl.: „Lessons-learned-reviews“) genutzt werden, um zukünftige Baustellen besser planen, Architekten besser schulen und Arbeitsabläufe in Zeitplänen besser und genauer verstehen zu können.
Die Daten aus der Planung eines Objektes, insbesondere eines Arbeitsvorgangs, können schneller, flexibler, sicherer und effizienter, sowie automatisch auf die Baustelle erbracht werden. Auch von einem örtlich entfernten Standort, wie einem Ingenieurbüro, kann dies erfolgen. Dadurch entfällt die aufwendige und fehleranfällige Praxis des manuellen Anzeichnens.
Die Daten des Ist-Zustandes können einfach, sicher und präzise ins Datenmodell (BIM) zurückgeführt werden. Das ermöglicht eine enge Vernetzung der Handwerker untereinander, schafft Planungssicherheit und bietet auch für den gesamten Lebenszyklus, also auch nach Vollendung des Bauwerkes bessere Voraussetzungen für das Gebäudemanagement und Umbauten. Darüber hinaus schafft dies die Möglichkeit, den Baufortschritt besser überwachen zu können, auch aus der Ferne, und bei Abweichungen zielgenau Eingreifen bzw. vorausschauender Planen zu können.
Das System kann zudem als Nebenfunktion Überwachungsaufgaben ausführen und aus der Ferne virtuelle Zugänge auf die Baustelle schaffen.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 ein beispielhaftes Flussdiagramm der Schritte in dem grundlegenden Verfahren,
2 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines mobilen Roboters mit einer mobilen Plattform, einer Zustellvorrichtung und einem Roboterarm,
3 eine perspektivische Teildarstellung des Roboterarms des mobilen Roboters gemäß 2 mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung,
4 eine schematische Darstellung mit einem von einer Person genutzten Rechnersystem, in dem ein virtuelles Modell eines Bauwerkes und eine Planungsprozessbeschreibung zur Errichtung des Bauwerkes gespeichert ist,
5 eine schematische Darstellung des mobilen Roboters gemäß 2 an einem Bearbeitungsort, wo der mobile Roboter mittels seiner Markierungsvorrichtung die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte auf eine Wand aufdruckt,
6 eine schematische Darstellung einer mittels der Markierungsvorrichtung aufgedruckten Markierung, welche beispielsweise auch einen QR-Code umfasst, aus dem beispielsweise mittels eines Smartphones eines Arbeiters Informationen ausgelesen werden können,
7 eine schematische Darstellung eines Arbeiters, der die aus den Informationen ableitbare Arbeitsschritte manuell durchführt,
8 eine schematische Darstellung, in welcher der mobile Roboter mittels seiner Erfassungsvorrichtung beispielsweise die von dem Arbeiter manuell ausgeführten Arbeiten am Bearbeitungsort automatisch erfasst, um sie dem Rechnersystem zuzuführen,
9 eine schematische Darstellung, wie die von dem mobilen Roboter am Bearbeitungsort automatisch erfassten Arbeiten am Rechnersystem einer Person virtuell dargestellt werden können, und
10 eine schematische Darstellung, wie ein virtuelles Modell der erfassten Arbeiten aus dem Rechnersystem in einer augmentierten Projektion mittels einer Datenbrille visualisiert werden kann.

Die 1 veranschaulicht das prinzipielle Verfahren zur Bauplanung mittels Bauwerksdatenmodellierung und für die Bauausführung.
In einem ersten Schritt S1 wird ein Rechnersystem 10 bereitgestellt, in dem ein virtuelles Modell eines Bauwerks und eine Planungsprozessbeschreibung zur Errichtung des Bauwerks gespeichert sind.
In einem zweiten Schritt S2 wird wenigstens ein mobiler Roboter 1 bereitgestellt, der eine mobile Plattform 2 und einen von der mobilen Plattform 2 getragenen Roboterarm 3 aufweist, an dessen Handflansch 4 eine Markierungsvorrichtung 5 angeordnet ist (2).
In einem dritten Schritt S3 wird wenigstens eine an dem mobilen Roboter 1 angebrachte Erfassungsvorrichtung 6 zur Erfassung von Raumgeometriedaten vorgesehen.
In einem vierten Schritt S4 erfolgt ein automatisches Bewegen des mobilen Roboters 1 an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems 10 vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks.
In einem fünften Schritt S5 erfolgt in Abhängigkeit eines von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems 10 vorgegebenen Arbeitsschrittes, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, automatisches Anbringen von Markierungen mittels der Markierungsvorrichtung 5 des mobilen Roboters 1, indem der Roboterarm 3 die Markierungsvorrichtung 5 automatisch führt und die Markierungsvorrichtung 5 angesteuert wird, die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte an dem Bearbeitungsort durch Anbringen von die Arbeitsschritte kennzeichnenden Markierungen 7 vorzugeben.
In einem insbesondere optionalen sechsten Schritt S6 können mittels der Erfassungsvorrichtung 6.1, 6.2 des mobilen Roboters 1 Raumgeometriedaten erfasst werden, die Informationen enthalten über die räumliche Position und/oder Lage von bereits gefertigten Wänden, Decken oder Böden des Bauwerkes, sowie in diese eingebrachte Öffnungen, Ausnehmungen, Anbauten und/oder aufgezeichneten bzw. eingravierten Markierungen 7, wobei die erfassten Raumgeometriedaten dem Rechnersystem 10 automatisch übermittelt werden, so dass das virtuelle Modell im Rechnersystem 10 und/oder die Planungsprozessbeschreibung im Rechnersystem 10 die übermittelten Raumgeometriedaten auswerten kann.
Das automatische Anbringen von Markierungen 7 erfolgt mittels der Markierungsvorrichtung 5 des mobilen Roboters 1 beispielsweise durch ein Aufzeichnen und/oder Eingravieren von Linien, Symbolen, Umrissen, Zahlen, Texten, Bildern und/oder sonstigen Informationen auf eine bereits gefertigte Wand 8, wie dies beispielsweise in 5 aufgezeigt ist, auf eine Decke oder einen Boden des Bauwerkes erfolgt, wobei das Aufzeichnen und/oder Eingravieren gemäß einem von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems 10 vorgegebenen Arbeitsschritt, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, erfolgt.
Die Markierungsvorrichtung 5 umfasst einen von dem Roboterarm 3 getragenen Druckerkopf 5a, der einen von der Markierungssteuerung 13 angesteuerten Tintenstrahldruckkopf aufweist.
Durch das automatische Anbringen von Markierungen 7 mittels der Markierungsvorrichtung 5 des mobilen Roboters 1 in Form von Linien, Symbolen, Umrissen, Zahlen, Texten, Bildern können auch Informationen auf der bereits gefertigten Wand 8, Decke oder dem Boden des Bauwerkes angebracht werden, über personenbezogene Daten, unternehmensbezogene Daten, werkzeugbezogene Daten, werkstoffbezogene Daten und/oder arbeitsverfahrensbezogene Daten, wie dies mittels des beispielhaft in 6 dargestellten QR-Codes 9 (2D-Codes) aufgezeigt ist. Solche Daten, insbesondere der QR-Code 9 können beispielsweise mittels eines Smartphones 11, das ein Arbeiter 12 mit sich führt, gelesen werden.
Die 3 zeigt den Roboterarm 3 des mobilen Roboters 1 mit der Markierungsvorrichtung 5. Dabei umfasst der mobile Roboter 1 eine Markierungssteuerung 13 (5), die ausgebildet ist, die Markierungsvorrichtung 5 anzusteuern, wobei die Markierungsvorrichtung 5 durch den Roboterarm 3 automatisch geführt wird und die Markierungssteuerung 13 eingerichtet ist, die Markierungsvorrichtung 5 in einer planen Ebene zu bewegen, um die Markierungen 7 an Wänden 8, Decken oder Böden des Bauwerkes anzubringen, wobei der Roboterarm 3, welcher die Markierungsvorrichtung 5 in einer planen Ebene automatisch bewegt, durch eine vom Roboterarm 3 verschiedene Zustellvorrichtung 14 (5) des mobilen Roboters 1 vorpositioniert wird, wenn sich die mobile Plattform 2 in einer Grundposition am Bearbeitungsort befindet, wie dies insbesondere in 5 veranschaulicht ist.
In der 8 ist aufgezeigt, wie mittels der Erfassungsvorrichtung 6.1 des mobilen Roboters 1 Raumgeometriedaten erfasst werden, die Informationen enthalten über die räumliche Position und/oder Lage von bereits gefertigten Wänden 8, Decken oder Böden des Bauwerkes, sowie in diese eingebrachte Öffnungen, Ausnehmungen, Anbauten 15 und/oder aufgezeichneten bzw. eingravierten Markierungen 7, und die erfassten Raumgeometriedaten einer Bewegungssteuerung 16 des mobilen Roboters 1 zugeführt werden, derart, dass auf Basis der zugeführten Raumgeometriedaten die mobile Plattform 2 des Roboters 1 sich automatisch an einen von der Planungsprozessbeschreibung vorgegebenen Bearbeitungsort navigieren kann.
Der mobile Roboter 1 weist, wie insbesondere in 2, 5 und 8 dargestellt ist, demgemäß eine mobile Plattform 2, einen von der mobilen Plattform 2 über die Zustellvorrichtung 14 getragenen Roboterarm 3, an dessen Handflansch 4 die Markierungsvorrichtung 5 angeordnet ist, und wenigstens eine an dem mobilen Roboter 1 angebrachte Erfassungsvorrichtung 6.1, 6.2 zur Erfassung von Raumgeometriedaten, sowie eine Bewegungssteuerung 16 und eine Markierungssteuerung 13 auf, wobei die Bewegungssteuerung 16 und die Markierungssteuerung 13 eingerichtet sind zur Durchführung der beschriebenen Verfahren.
Die mobile Plattform 2 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einem geländegängigen autonomen Fahrzeug gebildet, welches ausgebildet ist, den Roboterarm 3 und die den Roboterarm 3 tragende Zustellvorrichtung 14 innerhalb des Bauwerks an den Bearbeitungsort zu fahren.
Der mobile Roboter 1 umfasst demgemäß die vom Roboterarm 3 verschiedene Zustellvorrichtung 14, welche an der mobilen Plattform 2 angeordnet ist und den Roboterarm 3 trägt, derart, dass durch ein Verstellen der Zustellvorrichtung 14 der Roboterarm 3 relativ zur mobilen Plattform 2 umpositioniert wird.
In 9 ist veranschaulicht, wie die von dem mobilen Roboter 1 am Bearbeitungsort automatisch erfassten Arbeiten am Rechnersystem 10 einer Person 17 virtuell dargestellt werden können, und 10 veranschaulicht, wie ein virtuelles Modell der erfassten Arbeiten aus dem Rechnersystem 10 in einer augmentierten Projektion 18 mittels einer Datenbrille 19 einer Person 17 visualisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20204585 U1 [0002]

Claims

Mobiler Roboter, aufweisend eine mobile Plattform, einen von der mobilen Plattform (1) getragenen Roboterarm (3), an dessen Handflansch (4) eine Markierungsvorrichtung (5) angeordnet ist, und wenigstens eine an dem mobilen Roboter (1) angebrachte Erfassungsvorrichtung (6a, 6b) zur Erfassung von Raumgeometriedaten, und eine vom Roboterarm (3) verschiedene Zustellvorrichtung (14), welche an der mobilen Plattform (1) angeordnet ist und den Roboterarm (3) trägt, derart, dass durch ein Verstellen der Zustellvorrichtung (14) der Roboterarm (3) relativ zur mobilen Plattform (2) umpositioniert wird, wobei die Zustellvorrichtung (14) als Teleskoplinearachse ausgebildet ist, sowie eine Bewegungssteuerung (16) und eine Markierungssteuerung (13), wobei die Bewegungssteuerung (16) und die Markierungssteuerung (13) eingerichtet sind zur Durchführung eines Verfahrens mit den Schritten: - automatisches Bewegen des mobilen Roboters (1) an einen von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems (10) vorgegebenen Bearbeitungsort an der Baustelle des zu errichtenden Bauwerks, - in Abhängigkeit eines von der Planungsprozessbeschreibung des Rechnersystems (10) vorgegebenen Arbeitsschrittes, der an dem Bearbeitungsort handwerklich ausgeführt werden soll, automatisches Anbringen von Markierungen (7) mittels der Markierungsvorrichtung (5) des mobilen Roboters (1), indem der Roboterarm (3) die Markierungsvorrichtung (5) automatisch führt und die Markierungsvorrichtung (5) angesteuert wird, die handwerklich auszuführenden Arbeitsschritte an dem Bearbeitungsort durch Anbringen von die Arbeitsschritte kennzeichnenden Markierungen (7) vorzugeben.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Plattform (2) von einem geländegängigen autonomen Fahrzeug gebildet wird, welches ausgebildet ist, den Roboterarm (3) und/oder die den Roboterarm (3) tragende Zustellvorrichtung (14) innerhalb des Bauwerks an den Bearbeitungsort zu fahren.
Mobiler Roboter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsvorrichtung (5) einen von dem Roboterarm (3) getragenen Druckerkopf (5a) umfasst, der einen von der Markierungssteuerung (13) angesteuerten Tintenstrahldruckkopf aufweist.