Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi

Translated title of the contribution: Robotization of interior construction

Lauri Koskela, Taisto Kemppainen, Hannu Lehtinen, Mika Matikainen, Hannu Sainio, Karl-Johan Seren

    Research output: Book/ReportReport

    Abstract

    Rakentamisen sisävalmistustyöt käsittelevät pääasiassa sisätilojen pintoja, väliseiniä, muita rakenteita ja varusteita. isävalmistustyöt ovat sekä kustannuksellisesti että ajallisesti merkittävä rakennusvaihe: niiden osuus rakennuskustannuksista on 20-50 % ja rakennusajasta 30-55 %. Sisävalmistuksen robotisoinnin keskeisiä perusteita ovat korkeat kustannukset, ammattitaitoisen työvoiman saannin vaikeus, työturvallisuuskysymykset, pyrkimys lyhyempään rakennusaikaan sekä onnistuneella automaatiolla saavutettava tasainen laatu. Ongelmana robotisoinnin kannalta on se, että sisävalmistustyöt koostuvat suuresta määrästä lyhytkestoisia tehtäviä ja että työpisteiden sijainti muuttuu jatkuvasti. Prototyyppeja ja kehityshankkeita on lukuisista sisävalmistusroboteista. Ehkä pisimmällä ovat levytysmanipulaattorit, apuvälineet seinä tai kattolevytyksen suorittamiseksi. Betonipinnan hiertoon on niinikään kehitetty useita tuotantokäyttöön soveltuvia laitteita. Tutkimusvaiheessa ovat muuraus, maalaus, tasoitetyöt, materiaalinkäsittely jne. Tuotantokäyttöön ei sisävalmistusrobotteja ole vielä saatu. Robottitekniikan kehittyminen ja halventuminen ja samanaikainen työn hinnan kallistuminen madaltavat kuitenkin kannattavuuskynnystä jatkuvasti. Projektissa on tutkittu rakentamisrobotiikan soveltuvuutta laatoitusrobotin prototyypin avulla. Tavoitteena oli perustekniikoiden kehittäminen ja kokeilu. Tavoitteeksi asetetun laitteistokokoonpanon mukainen järjestelmä ulottuu työkalullaan mihin tahansa 3,2 m korkean huoneen sisäpintaan. Tämä lähes kokonaan valmiista komponenteista koottu järjestelmä sisältää pienen sähköhydraulisen telaketjuajoneuvon, teollisuusrobotin, laastijärjestelmän sekä laattakasetin. Tähän järjestelmään erityisesti suunniteltuja osia ovat ultraääni ja voima/momenttianturein varustettu kahden laatan imukuppitarrain sekä laastinlevityssuutin, joka toimii kaupallisen laastinsekoitus ja pumppausjärjestelmän yhteydessä. Vaunu liikkuu työpisteiden välillä melko lyhyitä matkoja. Rakentamisen toleranssien pohjalta on vaunun paikoitusjärjestelmälle asetettu vaatimus: vaunun täytyy kyetä liikkumaan 10 x 15 m2 kokoisessa huonetilassa 50 mm ja yhden asteen tarkkuudella. Vaunun ohjausjärjestelmän ytimenä on PC laitteistopohjainen reaaliaikakäyttöjärjestelmällä varustettu ohjain. Kokeissa saavutettiin n. 17 sekunnin tahtiaika laattaa kohti. Laatan paikkatarkkuuden ja laastin levityksen tasaisuuden suhteen päästiin lähelle rakennusalan yleisiä laatuvaatimuksia. Vaunun paikoitusjärjestelmän todettiin kokeissa yltävän riittävään tarkkuuteen huonetilassa. Robotisoitu laatoitus tavoitteeksi asetetulla laitteistolla on alustavien laskelmien mukaan yksivuorotyössä hieman kalliimpaa kuin käsityö. Kaksivuorotyössä robotisoitu laatoitus on käsityötä edullisempaa. Prototyypin edelleenkehittäminen tuotteeksi edellyttää useiden osajärjestelmien pitkäjänteistä jatkokehitystä. Kokeellinen työ ja kirjallisuustutkimus antavat myös viitteitä sisävalmistusrobotiikan edellytyksistä yleensä. Robotisointi edellyttää toisaalta robottitekniikan, toisaalta rakennustekniikan kehittämistä. Robottien voimanlähteiden, navigoinnin ja ohjausmenetelmien on kehityttävä, ja rakentamiseen soveltuvia robottiratkaisuja on luotava. Automaation tehokas käyttöönotto edellyttää rakentamisen kehittämistä järjestelmälliseksi, suunnitelluksi ja säännöllistetyksi toiminnaksi. Rakennusjärjestelmä, materiaalit sekä rakennussuunnitelma ja tuotantoprosessi on mukautettava kulloisessakin tilanteessa automatisoinnin vaatimuksiin.
    Original languageFinnish
    PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
    Number of pages60
    ISBN (Print)951-38-4140-5
    Publication statusPublished - 1992
    MoE publication typeNot Eligible

    Publication series

    SeriesVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
    Number1327
    ISSN1235-0605

    Keywords

    • robots
    • automation
    • automatic control equipment
    • surface finishing
    • machinery
    • ceramic tiles
    • preparation
    • building automation
    • construction
    • construction costs
    • construction equipment
    • walls
    • ceilings
    • prototypes
    • rooms
    • tolerances
    • product development
    • quality
    • building boards

    Cite this

    Koskela, L., Kemppainen, T., Lehtinen, H., Matikainen, M., Sainio, H., & Seren, K-J. (1992). Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1327