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Exzellenzcluster IntCDC (Research Project 16)

Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)

Roboterplattform für die cyber-physikalische Montage von Faserverbundstrukturen mit großer Spannweite

Projektbeschreibung IntCDC RP16

Im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC)“ beschäftigt sich ein Projekt mit der Entwicklung einer robotischen virtuell-physikalischen Bau- und Montageplattform (cyber-physical construction (CPC) platform) für die Errichtung von Gebäuden mit großen Spannweiten. Die CPC Plattform ist ein kettenangetriebener Minikran, der mit einer tragbaren, haptischen Schnittstelle für nicht standardisierte Montageaufgaben ausgestattet ist und darüber hinaus vollautomatisiert betrieben wird.

Für die vollautomatisierte Führung ist die Lokalisierung des Minikrans unerlässlich. Dazu sind eine exakte, millimetergenaue Position  sowie die Lage des Minikrans im Raum, definiert durch die Lagewinkel Rollen , Nicken  und Gieren , erforderlich. Die Positions- und Lageinformationen, in der Robotik „Pose“ genannt und im geodätischen Kontext als „Zustandsvektor“  bezeichnet, werden entsprechenden Regelkreisen zur Steuerung und Regelung der CPC Plattform zugeführt.

Aufgrund der Genauigkeitsanforderungen von 2-4 Millimeter sollen für die Positionsbestimmung Robotische Totalstationen (RTS) zum Einsatz kommen. Um umgebungsbedingte Sichtunterbrechungen, aufgrund dynamischer Szenarien auf Baustellen, entgegenzuwirken wird der Einsatz von vier RTSs, für simultane Messungen in einem so genannten RTS-Netzwerk, vorgeschlagen. Somit wird beispielsweise bei Sichtbehinderungen bei einer RTS die Positionsbestimmung durch die drei verbleibenden RTSs weiterhin gewährleistet. Für den Messbetrieb sollen zwei unterschiedliche Konfigurationen implementiert und in Netzanalysen untersucht werden. In der ersten Konfiguration messen vier RTSs auf ein an der CPC Plattform angebrachtes Prisma. Die Lagewinkel werden durch eine IMU erfasst. In der zweiten Konfiguration werden an der CPC Plattform zwei Prismen installiert, wobei jeweils zwei RTSs des RTS-Netzwerks ein Prisma anmessen. In dieser Konfiguration können Lageinformationen auch aus den RTS Messungen abgeleitet werden und entweder direkt oder als redundante Datensätze mit den IMU Daten verarbeitet werden.

Abbildung 1: Prinzip eines RTS-Netzwerks
Abbildung 1: Prinzip eines RTS-Netzwerks

Die Forschungsschwerpunkte sind geodätische Netzanalysen, zur Ableitung von Aussagen und Empfehlungen über optimale geometrische Konstellationen von Messinstrumentarium und CPC Plattform sowie Untersuchungen und Einführung von Methoden zur Feststellung des zeitlichen Synchronisationsfehlers, sowohl RTS intern als auch zwischen den vier RTS. Eine Reduzierung des Einflusses des Synchronisationsfehlers auf die Positionsbestimmung soll mit hardware-und softwareseitigen sowie mathematischen Optimierungen angestrebt werden.

Das Projekt ist durch die  Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.

Dieses Bild zeigt Otto Lerke
Dr.-Ing.

Otto Lerke

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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