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Sonntag, 24. März 2019
Ausgabe 6425 | Nr. 83 | 18. Jahrgang
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Tunnelbau: Wartungsroboter für Bohrwerkzeug vorgestellt

# 19.07.2017

Entwicklung des internationalen Verbundprojekts NeTTUN verspricht mehr Sicherheit und Effizienz. Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz lieferte Software. Haptische Schnittstelle ermöglicht Rückmeldung über einwirkende Kräfte

Forschungsprojekt der EU dauerte fünf Jahre

Die Steuerung des Wartungsroboters für Tunnelbohrmaschinen erfolgt über eine haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle. Foto: DFKI Die Steuerung des Wartungsroboters für Tunnelbohrmaschinen erfolgt über eine haptische Mensch-Maschine-Schnittstelle. Foto: DFKI

Der Bau von Tunneln birgt zahlreiche Risiken, insbesondere bei der Wartung der Bohrmaschinen. In einem fünfjährigen Forschungsprojekt der Europäischen Union wurden bis Anfang des Jahres alle Aspekte des Tunnelbaus vom Bau über das Management bis hin zur Wartung von Tunnelbauwerken betrachtet.

Ziel des Verbundprojekts NeTTUN (Neue Technologien für Tunnel- und Tiefbauarbeiten) war die grundlegende Verbesserung in allen Bereichen, was unter anderem die Entwicklung von Schneidwerkzeugen mit deutlich erhöhter Lebensdauer, eines modernen Multi-Sensor-Bodenvorhersagesystems für schnelles und effektives Vorrausschauen während des Bohrens sowie von Systemen zur Kontrolle der Auswirkungen des Tunnelbaus auf umgebende Strukturen beinhaltete.

Fernwartung und Werkzeugaustausch durch neues Robotersystem

Wartungsintensive Werkzeugteile wie der Disc Cutter im Bohrkopf werden mit dem Robotersystem ohne menschlichen Direktkontakt inspiziert und ggf. ausgetauscht. Foto: Mehmed Yüksel / DFKI Wartungsintensive Werkzeugteile wie der Disc Cutter im Bohrkopf werden mit dem Robotersystem ohne menschlichen Direktkontakt inspiziert und ggf. ausgetauscht. Foto: Mehmed Yüksel / DFKI

Die Projektpartner haben ein robustes Roboter-Wartungssystem entwickelt, welches die Automatisierung von Routineaufgaben ermöglicht, etwa die Inspektion und den Austausch von Bohrwerkzeugen. Das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Bremen realisierte hierbei die High-Level-Steuerung des Wartungsroboters HECTOR.

Das entwickelte System setzt sich aus dem mit zwei Greifern ausgestatteten Roboterarm HECTOR (der über fünf Freiheitsgrade auf sieben beweglichen Achsen verfügt) und einer vom Robotics Innovation Center konzipierten Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Steuerung des Roboters zusammen. Die Schnittstelle in Form einer ergonomischen 3D-Maus besitzt eine graphische Benutzeroberfläche mit Statusanzeige, Simulations- und Live-Kameraansicht.

Operator lenkt Roboter mittels 3D-Steuerung

Eine graphische Benutzeroberfläche mit Statusanzeige, Simulations- und Live-Kameraansicht unterstützt den Operator bei der Steuerung des Wartungsroboters. Grafik: DFKI Eine graphische Benutzeroberfläche mit Statusanzeige, Simulations- und Live-Kameraansicht unterstützt den Operator bei der Steuerung des Wartungsroboters. Grafik: DFKI

Die Software zur High-Level-Steuerung des Robotersystems, die ebenfalls vom DFKI entwickelt wurde, ermöglicht es, den Arm und die Greifer mithilfe der 3D-Maus gleichzeitig und unabhängig voneinander zu betätigen. Dies umfasst sowohl die Steuerung der einzelnen Achsen und des Endeffektors als auch die teilautonome Bewegungssteuerung.

In einer typischen Aufgabensequenz befindet sich das Robotersystem zunächst innerhalb einer Schutzkammer in der Tunnelbohrmaschine. Von dort bewegt es sich automatisch auf eine vordefinierte Position außerhalb der Kammer.

Je nach zu inspizierendem Werkzeug kann der menschliche Operator den Roboter nun auf eine geeignete Position bewegen.

Mensch-Maschine-Schnittstelle liefert haptische Rückmeldung

Sobald das System die gewünschte Position erreicht hat, wird der Modus auf Teleoperation umgestellt und der Operator führt es in den Schneidkopf der Bohrmaschine. Dank des Live-Kamerabildes und der Sensorinformationen kann er so die Schneidwerkzeuge aus sicherer Entfernung inspizieren.

Dabei erhält er durch die haptische Schnittstelle eine Rückmeldung über die Kräfte zwischen Greifer und Objekt. Identifiziert der Operator ein verbrauchtes oder defektes Schneidwerkzeug, wird dieses vom Wartungsroboter ausgetauscht.

Technologie steigert Produktivität und Sicherheit

Durch den Einsatz der neuen Wartungstechnologie lässt sich laut Entwickler unter anderem auch die Produktivität der Bohrarbeiten steigern. Gleichzeitig verringert sich das Risiko für die menschlichen Betreiber, deren Präsenz in der gefährlichen Umgebung nicht mehr unbedingt notwendig ist.

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