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/ReportReportProfessional

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

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.1327
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

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
Koskela, Lauri ; Kemppainen, Taisto ; Lehtinen, Hannu ; Matikainen, Mika ; Sainio, Hannu ; Seren, Karl-Johan. / Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi. VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 60 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1327).
@book{a9eb731cdc124064a642ad12a7eec870,
title = "Rakentamisen sis{\"a}valmistust{\"o}iden robotisointi",
abstract = "Rakentamisen sis{\"a}valmistusty{\"o}t k{\"a}sittelev{\"a}t p{\"a}{\"a}asiassa sis{\"a}tilojen pintoja, v{\"a}liseini{\"a}, muita rakenteita ja varusteita. is{\"a}valmistusty{\"o}t ovat sek{\"a} kustannuksellisesti ett{\"a} ajallisesti merkitt{\"a}v{\"a} rakennusvaihe: niiden osuus rakennuskustannuksista on 20-50 {\%} ja rakennusajasta 30-55 {\%}. Sis{\"a}valmistuksen robotisoinnin keskeisi{\"a} perusteita ovat korkeat kustannukset, ammattitaitoisen ty{\"o}voiman saannin vaikeus, ty{\"o}turvallisuuskysymykset, pyrkimys lyhyemp{\"a}{\"a}n rakennusaikaan sek{\"a} onnistuneella automaatiolla saavutettava tasainen laatu. Ongelmana robotisoinnin kannalta on se, ett{\"a} sis{\"a}valmistusty{\"o}t koostuvat suuresta m{\"a}{\"a}r{\"a}st{\"a} lyhytkestoisia teht{\"a}vi{\"a} ja ett{\"a} ty{\"o}pisteiden sijainti muuttuu jatkuvasti. Prototyyppeja ja kehityshankkeita on lukuisista sis{\"a}valmistusroboteista. Ehk{\"a} pisimm{\"a}ll{\"a} ovat levytysmanipulaattorit, apuv{\"a}lineet sein{\"a} tai kattolevytyksen suorittamiseksi. Betonipinnan hiertoon on niinik{\"a}{\"a}n kehitetty useita tuotantok{\"a}ytt{\"o}{\"o}n soveltuvia laitteita. Tutkimusvaiheessa ovat muuraus, maalaus, tasoitety{\"o}t, materiaalink{\"a}sittely jne. Tuotantok{\"a}ytt{\"o}{\"o}n ei sis{\"a}valmistusrobotteja ole viel{\"a} saatu. Robottitekniikan kehittyminen ja halventuminen ja samanaikainen ty{\"o}n hinnan kallistuminen madaltavat kuitenkin kannattavuuskynnyst{\"a} jatkuvasti. Projektissa on tutkittu rakentamisrobotiikan soveltuvuutta laatoitusrobotin prototyypin avulla. Tavoitteena oli perustekniikoiden kehitt{\"a}minen ja kokeilu. Tavoitteeksi asetetun laitteistokokoonpanon mukainen j{\"a}rjestelm{\"a} ulottuu ty{\"o}kalullaan mihin tahansa 3,2 m korkean huoneen sis{\"a}pintaan. T{\"a}m{\"a} l{\"a}hes kokonaan valmiista komponenteista koottu j{\"a}rjestelm{\"a} sis{\"a}lt{\"a}{\"a} pienen s{\"a}hk{\"o}hydraulisen telaketjuajoneuvon, teollisuusrobotin, laastij{\"a}rjestelm{\"a}n sek{\"a} laattakasetin. T{\"a}h{\"a}n j{\"a}rjestelm{\"a}{\"a}n erityisesti suunniteltuja osia ovat ultra{\"a}{\"a}ni ja voima/momenttianturein varustettu kahden laatan imukuppitarrain sek{\"a} laastinlevityssuutin, joka toimii kaupallisen laastinsekoitus ja pumppausj{\"a}rjestelm{\"a}n yhteydess{\"a}. Vaunu liikkuu ty{\"o}pisteiden v{\"a}lill{\"a} melko lyhyit{\"a} matkoja. Rakentamisen toleranssien pohjalta on vaunun paikoitusj{\"a}rjestelm{\"a}lle asetettu vaatimus: vaunun t{\"a}ytyy kyet{\"a} liikkumaan 10 x 15 m2 kokoisessa huonetilassa 50 mm ja yhden asteen tarkkuudella. Vaunun ohjausj{\"a}rjestelm{\"a}n ytimen{\"a} on PC laitteistopohjainen reaaliaikak{\"a}ytt{\"o}j{\"a}rjestelm{\"a}ll{\"a} varustettu ohjain. Kokeissa saavutettiin n. 17 sekunnin tahtiaika laattaa kohti. Laatan paikkatarkkuuden ja laastin levityksen tasaisuuden suhteen p{\"a}{\"a}stiin l{\"a}helle rakennusalan yleisi{\"a} laatuvaatimuksia. Vaunun paikoitusj{\"a}rjestelm{\"a}n todettiin kokeissa ylt{\"a}v{\"a}n riitt{\"a}v{\"a}{\"a}n tarkkuuteen huonetilassa. Robotisoitu laatoitus tavoitteeksi asetetulla laitteistolla on alustavien laskelmien mukaan yksivuoroty{\"o}ss{\"a} hieman kalliimpaa kuin k{\"a}sity{\"o}. Kaksivuoroty{\"o}ss{\"a} robotisoitu laatoitus on k{\"a}sity{\"o}t{\"a} edullisempaa. Prototyypin edelleenkehitt{\"a}minen tuotteeksi edellytt{\"a}{\"a} useiden osaj{\"a}rjestelmien pitk{\"a}j{\"a}nteist{\"a} jatkokehityst{\"a}. Kokeellinen ty{\"o} ja kirjallisuustutkimus antavat my{\"o}s viitteit{\"a} sis{\"a}valmistusrobotiikan edellytyksist{\"a} yleens{\"a}. Robotisointi edellytt{\"a}{\"a} toisaalta robottitekniikan, toisaalta rakennustekniikan kehitt{\"a}mist{\"a}. Robottien voimanl{\"a}hteiden, navigoinnin ja ohjausmenetelmien on kehitytt{\"a}v{\"a}, ja rakentamiseen soveltuvia robottiratkaisuja on luotava. Automaation tehokas k{\"a}ytt{\"o}{\"o}notto edellytt{\"a}{\"a} rakentamisen kehitt{\"a}mist{\"a} j{\"a}rjestelm{\"a}lliseksi, suunnitelluksi ja s{\"a}{\"a}nn{\"o}llistetyksi toiminnaksi. Rakennusj{\"a}rjestelm{\"a}, materiaalit sek{\"a} rakennussuunnitelma ja tuotantoprosessi on mukautettava kulloisessakin tilanteessa automatisoinnin vaatimuksiin.",
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",
author = "Lauri Koskela and Taisto Kemppainen and Hannu Lehtinen and Mika Matikainen and Hannu Sainio and Karl-Johan Seren",
note = "Project code: YRT850311",
year = "1992",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4140-5",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1327",
address = "Finland",

}

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

Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi. / Koskela, Lauri; Kemppainen, Taisto; Lehtinen, Hannu; Matikainen, Mika; Sainio, Hannu; Seren, Karl-Johan.

VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 60 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1327).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi

AU - Koskela, Lauri

AU - Kemppainen, Taisto

AU - Lehtinen, Hannu

AU - Matikainen, Mika

AU - Sainio, Hannu

AU - Seren, Karl-Johan

N1 - Project code: YRT850311

PY - 1992

Y1 - 1992

N2 - 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.

AB - 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.

KW - robots

KW - automation

KW - automatic control equipment

KW - surface finishing

KW - machinery

KW - ceramic tiles

KW - preparation

KW - building automation

KW - construction

KW - construction costs

KW - construction equipment

KW - walls

KW - ceilings

KW - prototypes

KW - rooms

KW - tolerances

KW - product development

KW - quality

KW - building boards

M3 - Report

SN - 951-38-4140-5

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

ER -

Koskela L, Kemppainen T, Lehtinen H, Matikainen M, Sainio H, Seren K-J. Rakentamisen sisävalmistustöiden robotisointi. VTT Technical Research Centre of Finland, 1992. 60 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1327).