Wie modernste Robotertechnik der Menschheit neue Chancen eröffnen kann.
Roboter sind in zahlreichen Sparten bereits etabliert, wobei der Automotive-Bereich sicherlich zu den Paradebeispielen zählt. In der Baubranche hingegen ist dies noch nicht der Fall. Dabei könnte gerade diese von robotischen Mitarbeitern profitieren, um das hohe Risiko für Arbeitsunfälle auf Baustellen zu senken. Im Jahr 2018 kam es allein in Deutschland zu 88 Todesfällen, wie die Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft berichtet. Gegen entsprechende Gefahren möchte das Team aus Studenten der ETH Zürich und ZHAW Winterthur, das hinter dem autonomen Baustellen-Roboter CHIRON steht, etwas unternehmen. Dessen Bezeichnung kommt nicht von ungefähr: Chiron ist eine Figur aus der griechischen Mythologie – ein Mischwesen, halb Pferd, halb Mensch. Der zweigeteilte CHIRON der Gegenwart besteht aus einem hydraulischen Roboterarm mit sechs Freiheitsgraden, der sich auf einem mobilen Grundgerüst auf Basis des item MB Systembaukastens befindet. Durch seine innovative Technik ist CHIRON auch für zukünftige Missionen im Weltraum hochinteressant.
Eine Idee – unbegrenzte Möglichkeiten
Flexibel, robust und hochwertig: Der item MB Systembaukasten ist seit über 40 Jahren die optimale Lösung für alle konstruktiven Aufgaben im Maschinen- und Betriebsmittelbau.
MUSTERPAKET SICHERN
Gemeinsam im Team über sich hinauswachsen
Das 13-köpfige CHIRON-Team setzt sich insgesamt aus acht Maschinenbau-, zwei Elektrotechnik- und drei Systemtechnik-Studenten zusammen. Während es bei den Studenten der ZHAW um ein Projekt im Rahmen ihrer Bachelorarbeit geht, ist CHIRON für die Team-Mitglieder von der ETH ein sogenanntes Fokus-Projekt. Ein solches findet im letzten Jahr des Bachelorstudiums statt und dient der Anwendung des im Studium vermittelten theoretischen Wissens. Letztlich schreiben jedoch auch sie in ihrer Abschlussarbeit über den Baustellen-Roboter. Aller Anfang ist bekanntlich schwer: „Die ersten Wochen waren eine echte Herausforderung. Wir haben etwas komplett Neues gemacht, das kann einem niemand so einfach beibringen“, sagt Peter Zhang. Er studiert Maschinenbau und war Teil des Teams, das den Arm des Roboters konstruiert hat. Dieser Arm ist in der Lage, 30 kg dynamisch nach vorne zu heben und kommt dabei selbst lediglich auf 74 kg Gewicht. Vergleichbare Roboterarme sind in der Regel vier- bis fünfmal schwerer.
Die ETH arbeitet sehr oft mit der Profiltechnik von item. Alles lässt sich noch sehr einfach ergänzen. Das ist schon ein starker Vorteil.
An ihm lassen sich verschiedene Werkzeuge anbringen, wobei lediglich die Software angepasst werden muss. So haben zwei Team-Mitglieder bereits ein Spritz-Tool für Gips inklusive Pumpe und eine spezielle Applikation entwickelt. Dadurch kann der Baustellen-Roboter eine Wand entlangfahren und Gips verteilen. Aus Zeitgründen wurde auf die zunächst geplante Motorisierung verzichtet. Jetzt handelt sich um eine modulare Lösung mit vier Rädern. „Die ETH arbeitet sehr oft mit der Profiltechnik von item. Deshalb sind wir schnell auf item gekommen. Wir können somit rasch und flexibel reagieren. Man hat es auch direkt während des Projekts gemerkt: Alles lässt sich noch sehr einfach noch ergänzen. Das ist schon ein starker Vorteil“, betont Peter. Zusätzlich kam eine Schutzwand von item zum Einsatz. Diese schützt zum einen vor den am Roboter angebrachten Werkzeugen wie einer Kettensäge, zum anderen verhindert sie, dass im Falle einer Fehlanwendung innerhalb der Hydraulik des Roboterarms etwas nach außen dringt.
Auch auf dem Mond sind Baustellen-Roboter entscheidend
Der Einsatz des Roboters auf Baustellen ist jedoch längst nicht alles. Bei einem spektakulären Event konnte das Team zeigen, was die Zukunft für den CHIRON bereithalten könnte: Vom 17. Juni bis 3. Juli 2019 fand im Gletscher-Palast des Matterhorn glacier paradise in Zermatt IGLUNA statt. Eingeladen vom Swiss Space Center und der European Space Agency (ESA), fanden sich hier 20 studentische Teams aus neun europäischen Ländern zusammen. Sie alle waren mit ihren innovativen Erfindungen angereist, um zu erproben, wie man Menschen das Leben auf dem Mond ermöglichen könnte. Was vielleicht vor einigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, wirkt angesichts der immer deutlicheren Auswirkungen der Umweltzerstörung doch nicht mehr ganz so fern.
Unser Projekt sollte demonstrieren, dass es möglich ist, einen Roboter auf den Mond zu schicken, um eine Struktur zu bauen, die eine sichere Behausung ermöglicht.
Im auf einer Höhe von 3883 Meter und 15 Meter unter der Oberfläche gelegenen Gletscher herrschen ähnlich extreme Bedingungen, wie man sie unter der Mondoberfläche antreffen würde. Hier herrschen konstant -4° Celsius. Es bedarf also Erfindergeist, um aus diesen unwirtlichen Bedingungen das Beste herauszuholen. Das Spektrum der vorgestellten Anwendungen reicht von architektonischen Entwürfen für ein Mond-Habitat über Ideen für die effiziente Nahrungsproduktion bis hin zu einer künstlichen Intelligenz, die sich den Präferenzen der Astronauten anpasst. CHIRON, der extra mit einer Kettensäge versehen wurde, konnte auf dem Event seine Stärken ganz ausspielen: „Unser Projekt sollte demonstrieren, dass es möglich ist, einen Roboter auf den Mond zu schicken, um eine Struktur zu bauen, die eine sichere Behausung ermöglicht. Konkret ging es darum, dass CHIRON mit der Kettensäge Eisblöcke herausschneidet und zu Eismauern zusammensetzt“, berichtet Peter.
Mit CHIRON lässt sich viel bewegen
Aktuell ist CHIRON noch kein autonomer Roboter. Er wird von Menschenhand mit einem PC-Interface bedient, das zwei Optionen bietet. Zum einen lassen sich somit einzelne Gelenke ansteuern, um den Roboterarm zu bewegen. Andererseits kann so eine Trajektorie vorgegeben werden, die der Roboter abfahren soll. Dann berechnet er eigenständig, wie sich seine Gelenke bewegen sollen. Dies ist beispielsweise bei dem erwähnten Gips-Beispiel der Fall. Es ist jedoch fest eingeplant, CHIRON zu einem autonomen Baustellen-Roboter weiterzuentwickeln. Etwa wird derzeit an einer Software getüftelt, mit der er völlig ohne menschlichen Input Steine erkennt, greift und zu einer Struktur zusammensetzt. Für die berufliche Zukunft der Studenten ist CHIRON auf jeden Fall ein echter Glückstreffer: „Wir können hier vieles von dem, was wir im Studium gelernt haben, im großen Maßstab anwenden. Und die Praxiserfahrung ist Gold wert“, sagt Peter.
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