Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Bauroboter, umfassend eine mobile Plattform, einen ein- oder mehrachsigen Manipulator und eine am Manipulator befindliche Werkzeugmaschine.

Ein solcher Bauroboter kann erheblich zu einer fristgerechten Umsetzung von Bauprojekten beitragen. Gesundheitsbelastungen und Gesundheitsschädigungen von Bauarbeitern können minimiert oder gar gänzlich vermieden werden.

Aufgrund hoher Investitionskosten ist es jedoch für einen wirtschaftlichen Betrieb wünschenswert, wenn der Bauroboter möglichst vielseitig einsetzbar ist. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hierfür gegenständliche Lösungen und geeignete Verfahren anzubieten.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Bauroboter, umfassend eine mobile Plattform, einen ein- oder mehrachsigen Manipulator und eine am Manipulator befindliche Werkzeugmaschine, wobei der Bauroboter einen Temperierer aufweist, der eingerichtet ist, den Manipulator zu erwärmen, zu kühlen und / oder eine Temperatur des Manipulators in einem Temperaturbereich zu halten.

Dieser Lösung liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass der Manipulator ein mechanisch komplexes und mechanisch hoch belastetes Teil darstellt mit vielen gegeneinander bewegten Elementen. Daher bestehen insbesondere beim Manipulator hohe Anforderungen an Lagerung, Schmierung und dergleichen. Diese Anforderungen führen häufig zu einem eingeschränkten Temperaturbereich, in dem der Manipulator und damit der Bauroboter insgesamt verwendbar ist.

Ein solcher zulässiger Temperaturbereich eines Manipulators kann beispielsweise von 5°C bis 35°C reichen.

Ein solcher Manipulator kann durch den Temperierer in seinem zulässigen Temperaturbereich gehalten werden, auch wenn eine Umgebungstemperatur außerhalb dieses zulässigen Temperaturbereichs liegt. Somit kann der Bauroboter insgesamt in besonders vielfältigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Insbesondere kann er in besonders vielen Regionen der Welt und während eines Großteils eines Jahres, auch im Freien, einsetzbar sein. Sein Auslastungsgrad und damit seine Wirtschaftlichkeit können gesteigert werden.

Der Temperaturbereich, auf den der Temperierer regelt, kann nach oben und / oder nach unten begrenzt sein; er kann also einer Maximaltemperatur, einer Minimaltemperatur oder einem Temperaturband entsprechen.

Für einen hohen Autonomiegrad des Bauroboters kann die mobile Plattform motorisiert sein. Sie kann ein Räderfahrwerk, ein Kettenfahrwerk und / oder eine Flugplattform umfassen.

Der Bauroboter kann zur Ausführung von Bauarbeiten im Hochbau und / oder Tiefbau eingerichtet sein.

Gerade bei mobilen Baurobotern, die beispielsweise Akku-betrieben sein können, steht Energie nur begrenzt zur Verfügung. Zur Steigerung der Energieeffizienz und damit einer unterbrechungsfreien Nutzungsdauer des Bauroboters kann der Temperierer in Abhängigkeit des tatsächlichen Bedarfs zur Temperierung des Manipulators steuerbar sein. Dazu kann der Bauroboter einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Bauroboters und / oder einer Umgebung des Bauroboters, aufweisen. Abhängig von der Temperatur kann dann der Temperierer aktivierbar, deaktivierbar und / oder in seiner Leistung steuerbar sein.

Der Temperierer kann wenigstens ein Peltierelement aufweisen. So kann er eingerichtet sein, den Manipulator je nach Wahl zu kühlen oder zu erwärmen.

Bei einer Klasse von Ausführungsformen kann der Temperierer eine Hülle umfassen, die den Manipulator zumindest teilweise einhüllt. So kann eine vom Temperierer erzeugte Wärme- und / oder Kälteleistung ohne größere Verluste an den Manipulator geleitet werden.

Die Hülle kann eine Nanopartikel-haltige Schicht aufweisen. Die Nanopartikel-haltige Schicht kann nach dem Lotus-Effekt wirken. Sie kann Wasser-, Schmutz- und / oder Staub-abweisend sein. Sie kann beispielsweise mindestens die Schutzart IP 65, beispielsweise IP 66, jeweils z. B. nach DIN EN 60529, erfüllen. Um in der Umgebung des Bauroboters befindliche Personen und / oder Gegenstände zu schützen, kann die Hülle eine Dämpfungsschicht aus einem stoßdämpfenden Material aufweisen. Das stoßdämpfende Material kann ein Schaummaterial sein.

Alternativ oder ergänzend kann die Hülle auch ein Gel enthalten. Das Gel kann als stoßdämpfendes Material fungieren.

Die Hülle kann den Manipulator von der Umgebung des Bauroboters, zumindest teilweise, thermisch trennen. Dazu kann sie auch eine Temperierschicht aufweisen. Die Temperierschicht kann ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit und / oder ein sichtbares Licht und / oder Wärmestrahlung reflektierendes Material aufweisen.

Die Hülle kann wenigstens eine Fluid-gefüllte Kammer aufweisen. Das Fluid kann unter Überdruck stehen, d. h. es kann einen einen Umgebungsdruck übersteigenden Druck aufweisen.

Beispielsweise kann die Hülle ein oder mehrere Luftkammern aufweisen. Eine solche fluidgefüllte Kammer, insbesondere eine Luftkammer, kann einen Teil der oder die gesamte Temperierschicht bilden. Sie kann alternativ oder ergänzend auch ein stoßdämpfendes Material sein.

Der Bauroboter, insbesondere der Temperierer, kann eine Wärmepumpe aufweisen, sodass der Energiebedarf des Temperierers minimiert sein kann. Auch dies kann somit zur Verlängerung der ununterbrochenen Nutzungsdauer des Bauroboters beitragen.

Die Hülle kann über den Manipulator hinaus reichen. Insbesondere kann sie zumindest bereichsweise die mobile Plattform überdecken. Denkbar ist auch oder alternativ, dass sie zumindest bereichsweise die Werkzeugmaschine überdeckt. Somit kann der Temperierer auch die mobile Plattform und / oder die Werkzeugmaschine, zumindest bereichsweise, kühlen und / oder erwärmen.

Insbesondere im Falle, dass am Manipulator Wärme bereitzustellen ist, kann der Temperierer eingerichtet sein, eine Abwärme der Werkzeugmaschine und / oder eine Abwärme der mobilen Plattform und / oder eines anderen Elements des übrigen Bauroboters, an den Manipulator zu leiten.

Wirtschaftlichkeit und Verwendungsmöglichkeiten des Bauroboters lassen sich steigern, wenn ein kostengünstiger und / oder besonders leistungsfähiger Manipulator, beispielsweise ein Manipulator mit sechs oder mehr Freiheitsgraden, eingesetzt wird.

Dazu ist es denkbar, dass der Manipulator für sich genommen für einen zulässigen Temperaturbereich ausgelegt ist, der enger ist als der Temperaturbereich, für den der Bauroboter insgesamt ausgelegt ist. Der Manipulator kann dann dank des Temperierers in seinem zulässigen Temperaturbereich betrieben werden, auch wenn beispielsweise eine Umgebungstemperatur außerhalb dieses zulässigen Temperaturbereichs liegt. Daher ist es möglich einen Manipulator am Bauroboter vorzusehen, der zwar besondere mechanische Eigenschaften und Vorzüge aufweist, auch wenn sein zulässiger Temperaturbereich enger ist als der Temperaturbereich, in dem der Bauroboter eingesetzt werden soll.

Beispielsweise kann der Bauroboter zur Ausführung von Bauarbeiten in einem Umgebungstemperaturbereich von -2*10 ¹ °C bis 6 * 10 ¹ °C, insbesondere über wenigstens vier Stunden Betrieb ohne Unterbrechung, ausgelegt sein.

Die Werkzeugmaschine kann über eine Wechselschnittstelle mit dem Manipulator verbunden sein. Dann kann die Hülle auch die Wechselschnittstelle, zumindest teilweise, umhüllen.

Der Manipulator kann einen mehrachsigen Arm, beispielsweise mit wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens sechs Freiheitsgraden, aufweisen. Zur Vergrößerung der Reichweite kann der Bauroboter eine Hubvorrichtung aufweisen.

Der Bauroboter kann zur Ausführung von Bauarbeiten auf einer Hochbau-Baustelle, einer Tiefbau-Baustelle und / oder einer Stahlbau-Baustelle, beispielsweise einer Ölbohrplattform, ausgebildet sein.

Er kann zur Ausführung von Bauarbeiten an einer Decke, einer Wand und / oder einem Boden eingerichtet sein. Er kann zum Markieren, Bohren, Trennen, Meißeln, Schleifen und / oder Setzen eines Bauelements ausgebildet sein.

Die mobile Plattform kann ein Räderfahrwerk und / oder ein Kettenfahrwerk umfassen. Die mobile Plattform kann wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweisen. Es kann sich auch um eine Flugplattform handeln. Der Bauroboter kann insgesamt wenigstens zehn Freiheitsgrade aufweisen.

Der Bauroboter kann eine Steuerung aufweisen. Die Steuerung kann als Computer ausgebildet sein. Sie kann einen Prozessor, einen Speicherbaustein und / oder einen auf dem Prozessor ausführbaren Programmcode aufweisen. Der Prozessor kann ein oder mehrere Unterprozessoren aufweisen. Der Programmcode kann eingerichtet sein, bei Ausführung auf der Steuerung die mobile Plattform, den Manipulator und / oder die Werkzeugmaschine zu betreiben.

In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Verwendung eines Bauroboters nach der vorangehend und / oder nachfolgend beschriebenen Art bei einer Umgebungstemperatur von über 40°C, insbesondere von über 50°C, wobei während des Betriebs des Bauroboters der Manipulator mithilfe des Temperierers gekühlt wird.

Insbesondere ist denkbar, den Bauroboter bei Bauarbeiten in Hitzeregionen, beispielsweise in nordafrikanischen, asiatischen, australischen, nordamerikanischen oder mittelamerikanischen Regionen, zu verwenden.

Denkbar ist auch eine Verwendung bei direkter, ungeschützter Sonneneinstrahlung. Dabei kann als Umgebungstemperatur in diesem Sinne auch eine Oberflächentemperatur einer dem Bauroboter nahen oder direkt angrenzenden Oberfläche gelten.

In analoger Weise ist es denkbar, einen solchen vorangehend und / oder nachfolgend beschriebenen Bauroboter bei einer Umgebungstemperatur von unter 0°C, insbesondere von unter -5°C, zu verwenden, wobei während des Betriebs des Bauroboters der Manipulator mithilfe des Temperierers erwärmt wird.

Allgemein kann er in einer Kälteregion, beispielsweise in einer nordamerikanischen und / oder einer asiatischen Kälteregion, oder in großer Höhe verwendet werden.

Bei der Werkzeugmaschine kann es sich um eine Steinbohrwerkzeugmaschine, eine Steinmeißelwerkzeugmaschine, ein Setzgerät, insbesondere zum Setzen von Nägeln, Schrauben und / oder Dübeln in ein Gestein, einer Trennwerkzeugmaschine, beispielsweise einer Steinsägewerkzeugmaschine, einer Schleifwerkzeugmaschine, beispielsweise einer Steinschleifwerkzeugmaschine, oder eine Presswerkzeugmaschine handeln.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.

In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Bauroboters,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Hülle und

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Hülle.

In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung für gleiche oder sich funktional entsprechende Elemente jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt einen Bauroboter 10 mit einer als Kettenfahrwerk ausgebildeten motorisierten mobilen Plattform 12, einem in einem Gehäuse 14 ausgebildeten Steuerraum 16 und einem oberseitig des Gehäuses 14 angeordneten Manipulator 18. Der Manipulator 18 umfasst eine Hubvorrichtung 17 zur vertikalen Verlagerung und einen multiaxial, insbesondere in sechs Freiheitsgraden, steuerbaren Arm 19.

Am freien Ende des Arms 19 befindet sich ein Endeffektor 20 mit einer Wechselschnittstelle 21.

An der Wechselschnittstelle 21 ist eine Werkzeugmaschine 24, insbesondere eine Gesteinsbohrwerkzeugmaschine, mit einer Staubabsaugungsvorrichtung 26, lösbar angeordnet. Um das Werkzeug 24 an der Wechselschnittstelle 21 lösbar anzuordnen, weist es einen Verbindungsabschnitt 22 auf.

Die Wechselschnittstelle 21 ist zur lösbaren Verbindung des Verbindungsabschnitts 22 und damit auch des Werkzeugs 24 ausgebildet.

Der Bauroboter 10 wird durch einen Speicher 28, insbesondere in Form eines wiederaufladbaren, Lithium-basierten Akkumulators, mit Betriebsenergie versorgt. Er ist somit kabellos nutzbar.

Der Manipulator 18 ist von einer Hülle 30 umhüllt. Er befindet sich somit in einem Innenbereich 31 der Hülle 30. Eine Wärmepumpe 32 ist über einen Verbindungskanal 33 mit dem Innenbereich 31 der Hülle 30 verbunden. Somit kann der Innenbereich 31 und damit der darin befindliche Manipulator 18 durch die Wärmepumpe 32, insbesondere mittels eines temperierten Luftstroms, gekühlt oder erwärmt werden.

Ein Temperatursensor 34 misst eine Oberflächentemperatur des Manipulators 18. Die Wärmepumpe 32 ist eingerichtet, je nach gemessener Oberflächentemperatur zu kühlen, zu heizen oder in einen Ruhezustand zu wechseln, sodass die Oberflächentemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 5°C bis 40°C gehalten wird. Dieser Temperaturbereich entspricht dem zulässigen Temperaturbereich des Manipulators 18.

Die Hülle 30, die Wärmepumpe 32, der Verbindungskanal 33 und der Temperatursensor 34 bilden einen Temperierer 35.

Somit ist es beispielsweise möglich, den Bauroboter 10 im Winter im Freien, beispielsweise bei einer Umgebungstemperatur von weniger als 0°C, zur Ausführung von Bauarbeiten, insbesondere Bohrarbeiten, zu verwenden.

Der Bauroboter 10 weist, vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 14, eine im Steuerraum 16 angeordnete Steuerung 36 auf. Die Steuerung 36 umfasst einen Speicherbaustein 38 und einen Mikroprozessor 40.

Die Steuerung 36 ist mit ausführbarem Programmcode 42 ausgestattet. Der Programmcode 42 ist abrufbar und auf dem Mikroprozessor 40 ausführbar in dem Speicherbaustein 38 gespeichert. Über eine Kommunikationsschnittstelle 44 kann die Steuerung 36 ein Cloud- basiertes Rechnersystem (in Fig. 1 nicht dargestellt) kontaktieren und Daten, beispielsweise Daten zur Art auszuführender Bauaufgaben, zugehörige Positions- und / oder Lagedaten, beispielsweise in Form eines BIM-Modells und / oder in Form von CAD-Daten, und / oder Steuerbefehle, austauschen.

Der Bauroboter 10 ist zur Ausführung von Bauaufgaben, beispielsweise von Bohrarbeiten in Decken und Wänden, auf einer Baustelle, insbesondere auf einer Hochbau-Baustelle oder einer Tiefbau-Baustelle, ausgebildet. Insbesondere kann die Steuerung 36 den Manipulator 18 derart steuern, dass Bauarbeiten an Decken und Wänden ausführbar sind. Ein Beispiel einer solchen Bauaufgabe kann beispielsweise das Bohren eines Bohrlochs, insbesondere mit einer bestimmten Bohrtiefe und / oder einem bestimmten Bohrlochdurchmesser, in eine Betondecke mit der als Gesteinsbohrwerkzeugmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine 24 sein.

Die Hülle 30 kann eine ein- oder mehrschichtige Materialstruktur aufweisen. Sie kann beispielsweise außenseitig eine wasser- und schmutzabweisende Schicht aufweisen. Innenseitig kann sie ein Schaummaterial Stoßdämmung sowie zur thermischen Isolierung aufweisen.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen schematisch und ausschnittsweise Querschnitte zweier alternativen Hüllen 30. Diese Ausführungsformen weisen jeweils mehrschichtige Materialstrukturen mit drei Schichten auf. Denkbar sind auch Hüllen 30 mit mehr als drei Schichten.

Bei beiden Ausführungen der Hüllen 30 ist außenseitig eine Deckschicht 110 vorgesehen. Die Deckschicht 110 weist Nanopartikel auf, die der Hülle 30 schmutz- und wasserabweisende Eigenschaften verleihen.

An die Deckschicht 110 grenzt eine Dämpfungsschicht 112 an. Die Dämpfungsschicht 112 ist aus einem stoßdämpfenden Schaummaterial geringer Wärmeleitfähigkeit ausgebildet.

Innenseitig weisen die Hüllen 30 eine Temperierschicht 114 auf. Die Temperierschichten 114 sind eingerichtet, aktiv zu kühlen und / oder zu wärmen. Bei Verwendung dieser Ausführungsformen der Hülle 30 gemäß Fig. 2 und 3 ist es somit nicht erforderlich, einen

Luftstrom in den Innenraum 31 (siehe Fig. 1) strömen zu lassen, um den Manipulator 18 (siehe Fig. 1) zu temperieren.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist die Temperierschicht 114 ein oder mehrere Leitungen 116 auf, die von einem entsprechend temperierten Fluid durchströmt werden können. Das Fluid kann dazu mithilfe der Wärmepumpe 32 (siehe Fig. 1) und / oder durch ein anderes Heiz- und / oder Kühlelement temperiert werden. Wird das Fluid auf eine solche andere Art temperiert, kann - je nach Bedarf an Kühlleistung oder Wärmeleistung - unter Umständen auf die Wärmepumpe 32 (siehe Fig. 1) verzichtet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 weist die Temperierschicht 114 Peltierelemente 118 auf. Die Peltierelemente 118 können mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, sodass die Temperierschicht 114 gekühlt und / oder erwärmt werden kann.

Wird eine Hülle 30 nach Art dieser Ausführungsform, d. h. insbesondere mit Peltierelementen 118, verwendet, kann - je nach Bedarf an Kühlleistung oder Wärmeleistung - unter Umständen auf die Wärmepumpe 32 (siehe Fig. 1) verzichtet werden.

Um einen Wärmefluss durch die Peltierelemente 118 zu erleichtern, können diese - wie in Fig. 3 abgebildet - bis in die Dämpfungsschicht 112 oder sogar bis in die Deckschicht 110 hineinragen.

Die Hüllen 30 dieser beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bzw. Fig. 3 bieten somit die Möglichkeit aktiv zu temperieren.

Bei geeigneter Wahl der Materialien, der jeweiligen Dimensionen und der Verteilung über die Hülle 30 hinweg der Leitungen 116 bzw. der Piezoelemente 118, kann die Hülle 30 hinreichend flexibel verformbar sein, sodass, insbesondere mehrdimensionale, Bewegungen des Manipulators 18 (Fig. 1) nicht oder allenfalls in unwesentlichem Maße behindert werden.

Dennoch kann eine ausreichende Temperierleistung erreicht werden, sodass der Bauroboter 10 (Fig. 1) in zumindest fast allen Regionen der Welt zu allen Jahreszeiten und Tageszeiten verwendbar ist. Bezugszeichenliste

10 Bauroboter

12 mobile Plattform

14 Gehäuse

16 Steuerraum

17 Hubvorrichtung

18 Manipulator

19 Arm

20 Endeffektor

21 Wechselschnittstelle

22 Verbindungsabschnitt

24 Werkzeugmaschine

26 Staubabsaugungsvorrichtung

28 Speicher

30 Hülle

31 Innenbereich

32 Wärmepumpe

33 Verbindungskanal

34 Temperatursensor

35 Temperierer

36 Steuerung

38 Speicherbaustein

40 Mikroprozessor

42 Programmcode

44 Kommunikationsschnittstelle

110 Deckschicht

112 Dämpfungsschicht

114 Temperierschicht

116 Leitung

118 Peltierelement