Bauroboter:Die Antwort auf den wachsenden Arbeitskräftemangel?

Angesichts des wachsenden Arbeitskräftemangels setzt die Bauindustrie zunehmend auf Roboter. Erfahren Sie, was Bauroboter sind und was sie können.

Die weltweiten Ausgaben für baubezogene Güter und Dienstleistungen werden im Jahr 2021 auf etwa 10 Billionen US-Dollar geschätzt. Die Bauindustrie macht etwa 13 % des weltweiten BIP aus. Laut einer Studie des McKinsey Global Institute betrug das Produktivitätswachstum in diesem Sektor in den letzten 20 Jahren jedoch nur etwa 1 % pro Jahr. Das Baugewerbe hat die Automatisierung nur langsam eingeführt. Ein Grund dafür ist, dass die Komplexität der Bauaufgaben die Automatisierung erschwert hat. Die Technologie war der Herausforderung nicht ganz gewachsen.

Die Zahl der Anbieter, die Robotik für den Bau liefern, ist noch klein. Roboter können derzeit nur bestimmte Aufgaben übernehmen.

Aber es gibt zahlreiche Anwendungen, für die die Technologie ausgereift ist. In diesem Artikel werden Bauroboter anhand der folgenden Themen behandelt:

• Maurerroboter
• Roboter zum Binden von Bewehrungsstäben
• Roboter für die Trockenbaubearbeitung
• Malroboter für das Bauwesen
• Automatisiertes architektonisches und strukturelles Layout
• Robotik für die Standortinspektion
• Autonome Erdbewegungsgeräte
• So finden Sie den idealen Bauroboter für Ihr Unternehmen

Maurerroboter

Maurer ist ein anspruchsvoller Beruf. Branchenstudien zeigen, dass Maurer die höchste Verletzungsrate unter Bauarbeitern haben. Roboter-Maurer können die Verletzungsrate reduzieren. Und sie können die Produktivität um 400 % oder mehr steigern, wie eine Studie der California Polytechnic State University zeigt.

Der Roboter hebt den Ziegel an und trägt automatisch Mörtel auf. Dann setzt er den Stein mit großer Genauigkeit ein. Aber der Maurerroboter ersetzt nicht den menschlichen Maurer. Eine Person arbeitet mit dem Roboter, um überschüssigen Mörtel zu entfernen und das Erscheinungsbild des Ergebnisses zu verbessern. Der Nettoeffekt ist eine bemerkenswerte Leistungssteigerung bei gleichzeitig höherer Qualität. Und die Arbeit der Arbeiter wird einfacher.

Ein anderer Ansatz besteht darin, dem Maurer einfach beim Heben zu helfen. Der Verkäufer stellt einen kleinen Baustellenkran zur Verfügung, der dem Maurer beim Anheben schwerer Zementblöcke hilft. Die Arbeiter erledigen mehr mit weniger Ermüdung und einem geringeren Verletzungsrisiko.

Es gibt nur wenige Anbieter, die robotergestützte Maurerlösungen anbieten. Dennoch haben sie die Technologie in realen Anwendungen bewiesen. Und es scheint bereit zu sein, hochzuskalieren.

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Robotik zum Binden von Bewehrungsstäben

Bei Stahlbetonkonstruktionen muss der Bewehrungsstab mit Draht verbunden werden. Das Binden der Bewehrung erhöht die strukturelle Festigkeit nicht. Es hält lediglich die Stangen beim Gießen des Betons an Ort und Stelle. Obwohl es notwendig ist, ist es eine anstrengende und sich wiederholende Arbeit. Die Automatisierung dieser Aufgabe ist eine gute Anwendung für Roboter mit Vision-Ausrüstung. Die Roboterausrüstung fährt auf Schienen auf beiden Seiten der Brücke. Advanced Construction Robotics sagt, dass ihr Tybot 1.100 Verbindungen pro Stunde herstellen kann.

Derzeit existiert diese Technologie nur für Brücken. Und die Zahl der Anbieter scheint auf einen beschränkt zu sein. Bauunternehmen müssen auf Roboter warten, die diese Aufgabe für andere Bauwerke übernehmen können.

Roboter für die Trockenbaufertigstellung

Arbeiter, die Trockenbauarbeiten fertigstellen, haben eine hohe Rate an arbeitsbedingten Verletzungen. US-Regierungsbehörden berichten, dass Trockenbauer am häufigsten unter Überanstrengung und Stürzen leiden. Arbeiten mit Trockenbau ist auch eine staubige und schmutzige Arbeit.

Erste Ergebnisse bei der Automatisierung dieser Aufgabe sind vielversprechend. Der Trockenbauroboter eines Anbieters kann Trockenbau bis Level 5+ fertigstellen. Dies ist die höchste Stufe für Glätte und Aussehen. Der Roboter ist jedoch nicht völlig autonom. Ein Arbeiter führt den Roboter, bringt ihn zum Arbeitsbereich und stattet ihn mit dem richtigen Endeffektor aus. Mit KI-gestützter Computer Vision kann der Roboter den Schlamm abkleben und auftragen. Und es schleift auch die Wand und fängt 99,9 % des Staubs ein. Die Staubabscheidung macht den Arbeitsplatz sicherer und angenehmer.

Ein Arbeiter kann mehrere Trockenbaumaschinen gleichzeitig verwalten.

Derzeit ist dieses Robotersystem nur in einer begrenzten Geographie verfügbar. Nachdem sich das Konzept nun bewährt hat, ist es wahrscheinlich, dass mehr Robotikanbieter in das Feld eintreten werden.

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Malroboter für das Bauwesen

Lackierroboter werden seit vielen Jahren in der Automobilindustrie eingesetzt. Jetzt beginnen sie, in den Bausektor zu rollen.

Für den Innenanstrich gibt es eine ganze Reihe von Anbietern, die Lösungen anbieten. Die Roboter sind batteriebetrieben und ihr Roboterarm kann die meisten Wände erreichen. Deckenmalerei ist für den Menschen eine besonders mühsame Aufgabe. Für Roboterlackierer ist das kein Problem.

Lackierroboter für Innenräume sind mit Kameras und Scannern ausgestattet. Sie scannen die zu lackierenden Oberflächen und arbeiten dann ohne menschliches Zutun. Aber eine Person muss immer noch da sein, um die Operation zu beaufsichtigen. Der Arbeiter füllt den Farbvorrat auf und bringt den Roboter in Position, bevor er ihn startet. Eine Person kann viele Roboter bedienen, was die Produktivitätssteigerung verstärkt.

Roboter für die Innenlackierung können auch andere Materialien auftragen, beispielsweise eine Brandschutzbeschichtung. Das Finish ist eine Mischung aus Steinwolle und Zement. Es ist eine unangenehme Aufgabe für den Menschen und birgt gesundheitliche Risiken. Der Einsatz von Robotern reduziert das Gesundheitsrisiko und macht die Arbeit einfacher und schneller.

Für die Außenlackierung gibt es nicht viele Möglichkeiten. Drohnen wurden für die Außenlackierung vorgeschlagen und getestet. Aber es scheint keine kommerziellen Lösungen zu geben. In der Entwicklung sind Lackierroboter für den Außenbereich, die über die Fähigkeit verfügen, Wände hochzuklettern. Der Roboter verwendet ein Vakuum, um sich an der Wand festzuhalten.

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Automatisiertes architektonisches und strukturelles Layout 

Die Automatisierung des Grundrisses eines Gebäudes ist vielversprechend für die Steigerung der Produktivität.

Moderne Architekten verwenden Building Information Modeling (BIM) für große Bauwerke. BIM erstellt ein 3D-Computermodell des gesamten Gebäudes.

An entsprechender Stelle erstellen Arbeiter das Erdgeschoss. Dann muss ein Einrahmer eine Karte auf den Boden drucken, die zeigt, wo die Wände positioniert werden sollen. Zu den Werkzeugen, die derzeit für diese Kartierung verwendet werden, gehören ein Maßband und ein Kreidestrich. Bautrupps verwenden die Linien als Leitfaden. Dieser Layoutprozess ist sowohl zeitaufwändig als auch fehleranfällig. Ein Fehler von nur einem Zentimeter kann dazu führen, dass ein Schrank oder ein Gerät nicht in einen Raum passt. Solche Fehler können sehr teuer werden.

Es gibt jetzt eine automatisierte Möglichkeit, das Layout auf den Boden zu drucken. So funktioniert es. Zuerst wird das BIM für das Gebäude auf einen autonomen mobilen Roboter (AMR) heruntergeladen. Der AMR fährt um den Betonboden herum. Es legt Linien fest, die die genaue Position der Wände anzeigen. Der Roboter druckt auch die Position von mechanischen, elektrischen und Sanitäröffnungen (MEP). Es beschriftet diese Öffnungen sogar und fügt weitere hilfreiche Informationen hinzu.

Laut einem Vorarbeiter von Swinerton, einem kommerziellen Bauunternehmen in den Vereinigten Staaten, kann diese Art von AMR die Zeit für die Erstellung eines Layouts von einer Woche auf zwei Tage verkürzen. Die Einrahmer müssen für jedes Stockwerk eines Hochhauses einen Grundriss erstellen. Die Zeitersparnis kann also recht groß sein.

Robotertechnologie, die auf das Gebäudelayout angewendet wird, reduziert Fehler und beschleunigt Zeitpläne.

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Robotik für die Standortinspektion 

Der Einsatz von Robotern zur Inspektion ist in vielen Branchen üblich. Und die Baubranche beginnt, sich dem Trend anzuschließen. Mehrere Anbieter stellen Inspektionsroboter für den Einsatz im Bauwesen her.

Für das Innere eines Gebäudes können Bauunternehmen Roboter-Rover auf Rädern einsetzen. Für externe Inspektionen können Auftragnehmer Luftdrohnen einsetzen.

Viele Bauprojekte beinhalten den Bau von Infrastruktur wie Straßen und Brücken. Die Baustelle erstreckt sich über einen großen Bereich. Luftdrohnen können über das gesamte Gelände fliegen, Bilder aufnehmen und Videos aufnehmen. Sie können problemlos auf jede erforderliche Höhe klettern. Ein regelmäßiger Überblick gibt Planern die nötigen Informationen, um Probleme zu erkennen. Ohne Drohne ist eine solche Inspektion teuer, schwierig oder wirtschaftlich nicht machbar.

Die frühzeitige Erkennung von Fehlern kann dazu beitragen, Kostenüberschreitungen zu reduzieren.

Fortschrittliche künstliche Intelligenz (KI) kann detaillierte Kosten- und Zeitanalysen erstellen. Diese Analysen ermöglichen eine genaue Einschätzung des Projektfortschritts. Die von der Drohne bereitgestellten Daten sind entscheidend.

Autonome mobile Roboter (AMRs) können sich innerhalb von Gebäuden bewegen. Einige Inspektions-AMRs verwenden Räder, während andere Beine haben. Ausgestattet mit Laserscannern können AMRs präzise Messungen vornehmen und aufzeichnen. Die Bauingenieure können die Maße im Bauzustand mit ihren Plänen vergleichen. Auch hier macht es einen enormen Unterschied, Fehler eher früher als später zu erkennen. Früherkennung reduziert nicht nur die Kosten, sondern hält das Projekt auch im Zeitplan.

Die Roboterinspektion trägt zur Erhöhung der Sicherheit bei. Die Inspektion vor Ort zeigt, wo Schmutz oder andere Bedingungen eine Gefahr darstellen können. AMRs können in Bereiche gelangen, die für Menschen zu gefährlich oder zu eng sind.

Es können verschiedene Arten von Messungen durchgeführt werden. Standortplaner können AMRs mit thermischen Messsensoren ausstatten. Ultraschallinstrumente können Gaslecks erkennen. Strahlungsmessgeräte können gefährliche Zustände aufdecken.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Baustelleninspektion eine Facette der Baubranche ist, für die es Roboter gibt und die viele Vorteile bieten. Und es gibt eine beträchtliche Anzahl von Anbietern, aus denen Sie wählen können.

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Autonome Erdbewegungsgeräte 

Autonome Baufahrzeuge sind derzeit nicht weit verbreitet. Tatsächlich werden sie im Jahr 2021 einen Marktanteil von weniger als 1 % des gesamten weltweiten Baumaschinenabsatzes haben. Aber das Wachstum in diesem Sektor ist exponentiell. Die Marktgröße soll sich in den nächsten zwei Jahren verdoppeln.

Einige der hier vorgestellten Statistiken liefert der Verband der Gerätehersteller.

Große Hersteller haben große Investitionen in die Entwicklung autonomer Erdbewegungsmaschinen getätigt. Die meisten dieser Geräte konzentrieren sich derzeit auf die Bergbauindustrie. Hier ist es gut etabliert. Im März 2021 gab Caterpillar bekannt, in den letzten sechs Jahren über zwei Milliarden Tonnen transportiert zu haben. Caterpillar sagt, dass seine autonomen Fahrzeuge über 42 Millionen Meilen gefahren sind. Dies geschah ohne eine Verletzung mit Ausfallzeit. Die autonomen Erdbewegungsmaschinen von Komatsu haben über drei Milliarden Tonnen transportiert.

Basierend auf diesen Ergebnissen scheint die Technologie baureif zu sein. Vielleicht sind die zu überwindenden Hürden nicht technologischer, sondern wirtschaftlicher Natur.

Mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit haben andere Anbieter einen anderen Ansatz gewählt. Sie bieten Retrofit-Services an, um manuelle Erdbewegungsmaschinen in autonome Fahrzeuge umzuwandeln. Der Anbieter installiert die KI, Sensoren und Steuergeräte in vorhandene Geräte. Die Nachrüstung vermeidet die hohen Anschaffungskosten für neue Geräte.

Eine andere Möglichkeit, die Einstiegskosten zu senken, besteht darin, die Ausrüstung zu mieten. Durch die Anmietung kann der Kunde die Geräte zunächst ausprobieren. Benutzer können die Kapitalrendite der Ausrüstung vor dem Kauf bewerten.

Andere Automatisierungsgrade schleichen sich in Baumaschinen ein. Aufgaben, die eine hohe Präzision erfordern, sind Sehhilfefunktionen. Zum Beispiel müssen Grader ihre Messer genau einstellen. Der Fahrer muss viele Anpassungen vornehmen, um die Dinge richtig zu machen. Jetzt kommt dieses Gerät mit einem Real-Time Kinetic (RTK) GPS-Gerät. Das Schild passt sich selbst an und kann sich mit dem Gelände ändern.

Neue Sicherheitsfunktionen ermöglichen es unerfahrenen Fahrern, teure Ausrüstung mit deutlich geringerem Risiko zu verwenden. Kameras und Kollisionswarnsysteme verhindern Unfälle. Beschleunigungsmesser und andere Sensoren bieten Frühwarnsysteme gegen das Umkippen.

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