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Designing for unsupervised construction. An investigation of the affordances of on-site autonomy

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

Since the First Industrial Revolution, the construction and maintenance of buildings and infrastructure has been characterized by a reliance upon heavy equipment, which has shaped how designers and engineers conceive of their agency in the built environment. However, 21st century advances in hardware and control systems allow for distributed and autonomous hardware solutions, enabling a paradigm shift in the co-design of machines and the interventions they deliver. However, in order to overcome the inertia of the mature technologies developed around heavy equipment, an entirely new suite of sensors, actuators and algorithms needs to be developed. This thesis will present an argument for small-scale distributed robotics for construction automation, and will demonstrate that this approach can utilize practical materials to build useful structures in unpredictable environments. This argument is supported by an extensive literature review focused on the technological requirements for unsupervised (fully autonomous) robotic construction, and identifies gaps between academic and industry research that remain unfilled. Among these overlooked areas are the need for embedded sensing in construction materials, and for co-designing robot hardware in coordination with novel construction robots, and the need for an autonomous solution to providing foundation support. These two needs are explored through the representative example tasks of truss assembly and pile driving, respectively. Each task is demonstrated in prototypical hardware, with an emphasis on realistic materials and scenarios not dependent on human preparation. Each task is explored in simulation as multi-agent deployments. Finally, a summarizing demonstration illustrates how these two research findings might be leveraged in coordination to advance autonomy in an example construction scenario.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Drohnen - Technik und Recht
bei gewerblicher und behördlicher Nutzung
2018, 577 S., 110 sw-Abb. u. Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Unbemannte Fluggeräte (im Volksmund "Drohnen" genannt) gewinnen aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten immer mehr an Bedeutung. Mithilfe dieser kamerabestückten Luftfahrzeuge lassen sich Gebäudeschäden registrieren, Hochspannungsmasten oder Schornsteine kontrollieren, schädliche Immissionen detektieren, Erntezeitpunkte feststellen oder auch Liegenschaften schützen - und dies alles zu einem Bruchteil der Kosten, die sonst für derartige Aufgaben anfallen. Auch die Ordnungsbehörden haben dieses Mittel für sich entdeckt und kontrollieren damit Veranstaltungen (z.B. Detektion von Hooligans bei Fußballspielen), dokumentieren Tatorte oder spüren Straftätern nach. Ist der Nutzen luftgestützter Ermittlungen durch diese ferngesteuerten Fluggeräte mittlerweile unbestritten, so fokussiert sich die Berichterstattung in den Medien auf weniger rühmliche Vorfälle wie den Überflug von Kernkraftwerken, den Transport von Rauschgift in Gefängnisse, Beinahe-Zusammenstöße mit Flugzeugen oder die Störung von Wahlkämpfen. Nicht selten handelt es sich in solchen Fällen um Fluggeräte, die aufgrund ihres geringen Gewichtes oder aufgrund ihrer nichtgewerblichen Nutzung noch unter die Kategorie Spielzeug fallen, aber durch ihren unsachgemäßen Einsatz Gefahren für die öffentliche Sicherheit und Ordnung heraufbeschwören. Auch wenn über dieses neue Phänomen in den Massenmedien und in Fachzeitschriften berichtet wird, gibt es bis heute kein wissenschaftliches Werk, welches sich sowohl mit den technischen Gegebenheiten dieser Fluggeräte als auch mit den rechtlichen Aspekten ihres Einsatzes befasst. Diese Lücke wird durch das Buch geschlossen.

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Forschungsberichte

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Rolf Brückel, K.C. Fröhlich
Kennwerte von gerollten Aluminiumspindeln
Bauforschung, Band T 3155
2008, 180 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Seit einigen Jahren werden im Traggerüstbau auch Bauelemente aus Aluminium verwendet. Längenverstellbare Baustützen aus Aluminium, für die gegenwärtig der Verwendbarkeitsnachweis durch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung auf Grundlage der "Zulassungsgrundsätze für den Nachweis von Baustützen aus Aluminium mit Ausziehvorrichtung... (Fassung Dezember 1995)" zu führen ist, besitzen dabei bauartbedingt gerollte Aluminiumspindeln mit Längen bis ca. 2,0 m. Die Effekte der Theorie II. Ordnung sind bei diesen Bauteilen sehr groß, da sie mit hohen Axialkräften verwendet werden. Die Kenntnis der Spindelkennwerte, insbesondere die Kenntnis der Biegesteifigkeit, ist daher von großer Bedeutung für die Berechnung der Schnittgrößen und somit für die Tragsicherheit der Bauteile. Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurden die Kennwerte Querschnittsfläche A und Trägheitsmoment 1 von Spindeln zugelassener Baustützen aus Aluminium nach DIN 4421 und DIN 12811-1 berechnet. Die Spindel einer neuen Baustütze, für die gegenwärtig ein Zulassungsverfahren durchgeführt wird, wurde in die Untersuchung einbezogen. Hierbei zeigten sich Ergebnisunterschiede von bis zu 14 Proz. (Fläche) bzw. 20 Proz. (Trägheitsmoment). Mit Stauch- und Biegeversuchen an den Ausgangsrohren der neuen Spindel zur Überprüfung der Versuchtechnik selbst sowie mit entsprechenden Versuchen an diesen Spindeln sollten die tatsächlichen Unterschiede aufgezeigt werden. Der Vergleich der durch Versuche an der neuen Spindel ermittelten Kennwerte mit denen nach den angeführten Normen berechneten Werten zeigt, dass die Querschnittsfläche A nach DIN EN 12811-1 eine akzeptable Übereinstimmung zeigt während DIN 4421 A erheblich überschätzt. Ähnlich liegen die Ergebnisse für das Trägheitsmoment 1; hier ergibt sich die beste Übereinstimmung mit dem Versuchsergebnis jedoch mit dem Kernquerschnitt der Spindel. Im Hinblick auf die Arbeiten von CEN/TC 53/WG 8 an einer Norm für ausziehbare Baustützen aus Aluminium können daher folgende Empfehlungen, die gleichermaßen bei deutschen

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Karl-Christian Fröhlich
Horizontalaussteifung von Vertikalgliedern in Fassadengerüsten nach DIN EN 12811-3. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3078
2005, 70 S., m. 35 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Kennwerte der Horizontalaussteifung von Vertikaltraggliedern in Fassadengerüsten sollen künftig nach DIN EN 12811-3 bestimmt werden. Am Beispiel von zwei unterschiedlichen Gerüstsystemen mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung wurden Versuche mit Beanspruchung rechtwinklig zur Fassade nach beabsichtigter europäischer Vorgehensweise durchgeführt und den vorliegenden Kennwerten nach bisheriger Zulassungspraxis gegenübergestellt. Für beide Gerüstsysteme ergaben sich jetzt größere Steifigkeiten bei etwas vergrößerter Lose. In Modellberechnungen einer Regelausführung zeigen die Änderungen der Federkennlinie nur geringe Auswirkungen auf die Beanspruchungen der Gerüstbauteile. Auch bei einer unterstellten stärkeren Änderung der Kennwerte (Zunahme der Lose um 10 mm, Reduzierung der Steifigkeit auf 75 Proz. der früheren Werte) steigen die Beanspruchungen nur moderat. Größere Bedeutung besitzt dagegen der künftige Verzicht auf die Reduzierung der Lose um 20 mm bei ebener Berechnung der Vertikalebene (Abschnitt 6.4.2 der "Zulassungsrichtlinie; Anforderungen an Fassadengerüstsysteme" (Fassung Oktober 1996): Im Vergleich zu den Zulassungsberechnungen steigen die maximalen Beanspruchungen bei beiden Gerüstsystemen um ca. 15 Proz. Im Hinblick auf die geplante Übernahme der Regelungen von DIN EN 12811-3 wurden folgende Empfehlungen gemacht: 1. Die Versuchsdurchführung entsprechend DIN EN 12811-3 mit wiederholter zyklischer Belastung lässt keine wesentlich anderen Steifigkeitskennwerten als nach bisheriger Praxis zu erwarten. 2. Die derzeit in den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen angegebenen Steifigkeitskennwerte (Lose, lineare Federsteifigkeit) dürfen auch als Größen ermittelt nach DIN EN 12811-3 betrachtet werden. Es besteht daher kein Handlungsbedarf für eine Wiederholung der Versuche für die zugelassenen Gerüstsysteme. 3. Die Beanspruchbarkeit der Federn sollte nach DIN EN 12811-3 durch statistische Auswertung der vorliegenden Ergebnisse bestimmt werden, sofern bislang der kleinste Einzelwert verwendet wurde

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G.E. Völkel, Roland Rück
Untersuchung des Einflusses der Wanddicke von Gerüstrohren auf die Drehwinkelsteifigkeit bei Verbindungen mit Normalkupplungen
Bauforschung, Band T 2835
1998, 29 S., Abb.,Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Überarbeitung der europäischen Norm EN 74 wird kontrovers diskutiert, ob die Wanddicke von Rohren, an denen Gerüstkupplungen angeschlossen werden, von dem bisher gesetzten Grenzwert t=3,2 mm reduziert werden kann. Ziel war es daher, den Einfluß von Wanddicke und Streck- bzw. Dehngrenze des Materials der Gerüstrohre auf die Drehwinkelsteifigkeit von Normalkupplungsverbindungen zu untersuchen. Es wurden insgesamt 13 Kupplungen unterschiedlicher Bauart von verschiedenen europäischen Herstellern und 8 Gerüstrohrtypen in Versuchen in Anlehnung an DIN EN 74 untersucht. Es konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden: Für gleiche Materialien mit gleichen Oberflächen ergibt sich ein annähernd linearer Zusammenhang zwischen Drehwinkelsteifigkeit und bei dem aus der Wanddicke berechneten Vergleichswert; Die Drehwinkelsteifigkeit bei verzinkten Gerüstrohren ist kleiner als bei blanken Rohren; Die Drehwinkelsteifigkeit ist darüber hinaus von den Reibungsverhältnissen im Bereich der Scharnierbolzen abhängig; Die Drehwinkelsteifigkeit ist abhängig vom Belastungsniveau; Eine Vorbelastung der Rohre und/oder Kupplungen mit bleibenden Verformungen führt zu größeren Drehwinkelsteifigkeitswerten; Bei Keilkupplungen ohne deutlich erkennbaren Prellschlag ist die Drehwinkelsteifigkeit abhängig von der Intensität des Einschlagens der Keile; Das Aufbringen eines Anzugsmoments der Muttern von 50 Nm ist bei einigen Schraubkupplungsvarianten in Verbindung mit dünnwandigen Rohren überhaupt nicht, bei einigen weiteren Varianten nur mit bleibenden Verformungen der Rohre möglich.

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- Schnabel
Strömungstechnische Modellversuche zur Ermittlung der Windlasten auf bekleidete Fassadengerüste. Abschlußbericht
Enthält: Tl.1 Text und Tl.2 Abbildungen.
Bauforschung, Band T 2598
1994, 66 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die Berechnung der Windlast auf ein bekleidetes Fassadengerüst nach DIN 4420 Teil 1 werden u.a. ein Lagebeiwert, der die Durchlässigkeit des Gebäudes beschreibt und die aerodynamischen Kraftbeiwerte für das Bekleidungsmaterial benötigt. In der jetzigen Fassung von DIN 4420 Teil 1 geht die Durchlässigkeit des Gebäudes nur bei nicht bekleideten Gerüsten in die Ermittlung des Lagebeiwertes ein. Hinsichtlich der Größe der aerodynamischen Beiwerte werden winddichte und winddurchlässige Bekleidungswerkstoffe weitgehend gleich behandelt. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wurden die aerodynamischen Kraftbeiwerte für sechs Bekleidungswerkstoffe mit (optischen) Durchlässigkeiten von 10% bis 67% und für windundurchlässigen Planen ermittelt. Die Gerüste waren entweder einseitig am Gebäude angebracht oder umschlossen den Baukörper vollständig. Die Gebäudedurchlässigkeit wurde in vier Stufen variiert. Als weitere Parameter gingen die Länge des Gerüstes und die Stirnseitenbekleidung in die Betrachtung ein. (-y-)

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- Völkel, - Zimmermann
Vierendeelträger bei Modulgerüsten mit Drehfedern streuender Steifigkeit
Bauforschung, Band T 2304/1
1990, 136 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Charakteristik der Drehfeder zwischen Riegel und Ständer von Modulgerüst-Knoten ist in der Regel nichtlinear und streut erheblich. Die bauaufsichtlichen Zulassungen für solche Knoten sehen vor, daß bei der statischen Berechnung von Systemen mit einer mittleren Steifigkeit der Feder gerechnet werden darf, wenn an den Stellen der größten Beanspruchung im Riegel zusätzliche Grenzbetrachtungen an örtlichen Systemen durchgeführt werden. Ursprüngliches Ziel des Forschungsvorhabens war es, diese Festlegungen der Zulassungsbescheide zu überprüfen, indem definierte Vierendeelträger durch Versuch und Rechnung untersucht werden, wobei die Angaben der Zulassungsbescheide für die Federsteifigkeiten übernommen werden sollten. Nach der Durchführung der ersten Großversuche führten neue Erkenntnisse hinsichtlich des Tragverhaltens solcher Knoten zu einer Modifikation des Forschungszieles. Es wurden Detailversuche für 2 Knotentypen durchgeführt zur Ermittlung der Momenten-Winkelbeziehung der Ständer-Riegel-Verbindung. Dabei wurden vollständige Hysteresisschleifen für den Bereich positiver und negativer Momente durchfahren. Diese Hysteresisschleifen wurden auf einzelnen Laststufen bis zu 10 mal wiederholt.

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Zeitschriftenartikel

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Auer, Florian; Antony, Bernhard
Präzise Gleislage durch innovative Stopfmaschinen. Teil 1: Entwicklung der Bodenverdichtung
EI Der Eisenbahningenieur, 2021

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Sonnenberg, Richard
Betonpumpen und Verteilermaste. Entwicklungen und Tendenzen
Beton, 2021

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Jung, Thomas; Liebelt, Frank
Ortung von Gasaustritten in Biogasanlagen. Einsatz der Gaskamera-Technologie
Euroheat & Power, 2019

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Malkwitz, Alexander; Spengler, Arnim J.; Bruckmann, Tobias
Baubetriebliche Untersuchung von Robotersystemen im Mauerwerksbau
Bautechnik, 2019

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Verdes, Talleres Felipe
What is the right machine for wet comminution?
zi Ziegelindustrie International - Brick and Tile Industry International, 2018

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