Innovative solution of mobile robotic unit for bricklaying automation

• Autorzy: Dindorf Ryszard , Woś Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24136/tren.2022.014

Warianty tytułu

PL

Innowacyjne rozwiązanie mobilnej jednostki robotycznej do automatyzacji murowania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This study presents an innovative solution for a mobile robotic unit intended for the construction industry, the task of which is to automate time-consuming and burdensome masonry work performed manually using bricklayers. A ZSM mobile robotic bricklaying system (ZSM in Polish Zrobotyzowany System Murarski) was designed and developed in a demonstration version. The mobile ZSM consists of an ABB six degrees-of-freedom (6 DoF) industrial robot with a replaceable hydraulic gripper, a Hinowa tracked undercarriage with a hydraulic unit, hydraulic lifting and leveling module, a brick warehouse, a brick belt feeder, a mortar applicator, a control cabinet, and a control panel. Simulation tests were performed in a virtual ABB RobotStudio environment to verify the functioning of the robot and individual ZSM modules during the bricklaying process. ZSM control is based on the Siemens Simatic S7-1500 programmable controller in the fail-safe version, which supervises the correct operation of all devices. ZSM was tested under laboratory conditions and on the construction site. The robotic technological process of building a wall consists of the following stages: the robot grips the bricks, picks them up, manipulates them, applies mortar to them, and places them on the wall.

PL

W artykule przedstawiono innowacyjne rozwiązanie mobilnej jednostki robotycznej na potrzeby branży budowlanej, której zadaniem jest automatyzacja czasochłonnych i uciążliwych prac murarskich wykonywanych ręcznie przez murarzy. Zaprojektowano i opracowano mobilny zrobotyzowany system murarski (ZSM) Innovative solution of mobile robotic unit for bricklaying automation 32 wwersji demonstracyjnej. ZSM składa się z robota przemysłowego ABB o sześciu stopniach swobody (6 DoF) z wymiennym chwytakiem hydraulicznym, podwozia gąsienicowego Hinowa zagregatem hydraulicznym, modułu hydraulicznego podnoszenia i poziomowania, magazynu cegieł, podajnika cegieł, aplikatora zaprawy, szafy sterowniczej i panelu sterowania. W środowisku wirtualnym ABB RobotStudio przeprowadzono szereg testów symulacyjnych w celu weryfikacji funkcjonowania robota i poszczególnych modułów ZSM podczas procesu murowania. Sterowanie mobilnym ZSM oparte jest na sterowniku programowalnym Siemens Simatic S7-1500 w wersji fail-safe, który nadzoruje poprawną pracę wszystkich urządzeń. ZSM został przetestowany w warunkach laboratoryjnych i na budowie. Robotyczny proces technologiczny budowy ściany składający się z następujących etapów: robot chwyta cegły, podnosi je, manipuluje nimi, nakłada na nie zaprawę i umieszcza je w ścianie.

Słowa kluczowe

EN

mobile robot; tracked undercarriage; bricklaying automation; operator interface

PL

robot mobilny; podwozie gąsienicowe; automatyzacja procesu murowania; interfejs operatora

• Wydawca: Uniwersytet Radomski im. Kazimierza Pułaskiego
• Czasopismo: Journal of Civil Engineering and Transport
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 4, No. 4
• Strony: 21--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Dindorf Ryszard

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Department of Mechatronics and Armament, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2242-3288

autor

Woś Piotr

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and MechanicalEngineering, Department of Mechatronics and Armament, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3107-366X

Bibliografia

• [1] Pan W. (2020). Methodological development for exploring the potential to implement on-site robotics and automation in the context of public housing construction in Hong Kong. Ph.D. Thes. Lehrstuhl für Baurealisierung und Baurobotik, Technische Universität München, München, Germany.
• [2] Dakhli Z., Lafhaj Z. (2017).Robotic mechanical design for brick-laying automation. Cogent Engineering, 4(1) 1361600, 1-22. https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1361600.
• [3] Rihani R.A., Leonhard E. Bernold L.E. (1996). Methods of control for robotic brick masonry, Automation in Construction, 4(4), 281-292. https://doi.org/10.1016/0926-5805(95)00009-7.
• [4] Pritschow, G., Dalacker M., Kurz J., Gaenssle M. (1996). Technological aspects in the development of a mobile bricklaying robot. Automation in Construction, 5(1), 3-13. https://doi.org/10.1016/0926-5805(95)00015-1.
• [5] Madsen A.J. (2019).The SAM100: Analyzing labor productivity. Construction Management Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, USA.
• [6] Rihani R.A., Bernold L.E. (1996). Methods of control for robotic brick masonry. Automation in Construction. 4,(4), 281-292. https://doi.org/10.1016/0926-5805(95)00009-7.
• [7] Helm V., Ercan S., Gramazio F., Kohler M. (2012). Mobile Robotic Fabrication on Construction Sites: dimRob, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, October 7-12, 2012, 4335-4341. Vilamoura, Algarve, Portugal, https://doi.org/10.1109/IROS.2012.6385617.
• [8] Dörfler K., Hack N., Sandy T., Giftthaler M., Lussi M., et al. (2019). Mobile robotic fabrication beyond factory conditions: case study Mesh Mould wall of the DFAB HOUSE. Construction Robotics, 3, 53–67, https://doi.org/10.1007/s41693-019-00020-w.
• [9] Wos P., Dindorf R., Takosoglu J. (2021). The electrohydraulic lifting and leveling system for the bricklaying robot. In: Stryczek, J., Warzyńska, U. (eds) Advances in Hydraulic and Pneumatic Drives and Control 2020. NSHP 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 216-227, Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59509-8_19.
• [10] Wos P., Dindorf R., Takosoglu J. (2021).Bricklaying robot lifting and leveling system. Communications - Scientific Letters of the University of Žilina, 23(4), B257-B264. https://doi.org/10.26552/COM.C.2021.4.B257-B264.
• [11] Wos P. Dindorf R. (2021).Hydraulic leveling control system technology of bricklaying robot. In Proc. DSTA2021 Conference on Dynamic Systems. Theory and Application. Lodz – Poland, December 6 - 9.2021, 582-583.
• [12] Dindorf R., Wos P. (2022). Energy efficiency of pressure shock damper in the hydraulic lifting and leveling module. Energies, 17(4097), 1-28. https://doi.org/10.3390/en15114097.
• [13] Utility model Wp.30256 (2021). Tracked transporter. Inventors: Dindorf R., Takosoglu J., Wos P., Chlopek L., Kielce University of Technology, Kielce, Poland.
• [14] Utility model Wp.30764 (2022).Tracked transporter casing. Inventors: Dindorf R., Takosoglu J., Wos P., Chlopek L., Kielce University of Technology, Kielce, Poland.
• [15] Dindorf R., Takosoglu J., Wos P., Chłopek L. (2021). Robotic Bricklaying System. Research reports. Kielce University of Technology, Kielce, Poland. In Polish.
• [16] Wos P. (2021). Robotic Bricklaying System. User manual. Kielce University of Technology, Kielce, Poland. In Polish

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).