Halbautomatisierte Fliesenlegehilfe
Ansprechpartner
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Die halbautomatisierte Fliesenlegehilfe ErgoFli reduziert unergonomische Haltungen durch das automatisierte Handhaben von Fliesen und Fliesenkleber und verlegt Fliesen mit 12 Quadratmeter pro Stunde.
Ziel des ZIM-geförderten Projekts ErgoFli ist es, eine intelligente, halbautomatisierte Fliesenlegehilfe mit einer Verlegeleistung von 12 Quadratmeter pro Stunde zu entwickeln. Diese soll nicht ergonomische Haltungen von Fliesen legenden Personen durch ihre intuitive Benutzerschnittstelle, das automatisierte Handhaben von Fliesen und Fliesenkleber sowie eine intelligente Steuerung um bis zu 66 Prozent reduzieren.
Motivation
Das manuelle Verlegen von Bodenfliesen ist ein anstrengender und aufwändiger Prozess, der hauptsächlich in nicht ergonomischen Körperhaltungen ausgeführt werden muss. Durchschnittlich verbringen beruflich Fliesen verlegende Personen an einem Arbeitstag 6 Stunden in einer gebückten Haltung. Dies führt neben einer geringen Arbeitsgeschwindigkeit beim Fliesenlegen auch zu langfristigen körperlichen Schäden. Fliesenlegen wird daher zu einer der gefährlichsten Berufsgruppen gezählt, gemessen am Anteil der Erwerbsminderungsrentenempfangenden.
Ziel
Es soll die teilautomatisierte, robotische Fliesenlegehilfe ErgoFli konzipiert werden, die automatisch Fliesen und Böden mit Fliesenkleber im Buttering-Floating-Verfahren bestreichen und die Fliesen mit einer Genauigkeit von etwa ±0,1 Millimeter verlegen kann. Ziel der Entwicklung ist es, dass der Mensch nicht ergonomische Arbeiten in einer gebückten Haltung um mehr als 66 Prozent reduzieren kann. Der Mensch muss Randfliesen mit Kontakt zu einer Wand weiterhin manuell verlegen und gegebenenfalls zuschneiden, Fliesenkleber anrühren, die Verlegehilfe mit Fliesen und Fliesenkleber beladen, mit einer Funksteuerung navigieren, den Verlegeprozess mit seiner Expertise überwachen und am Ende mit Fliesenkleber in Kontakt gekommene Teile säubern. Der ErgoFli kann mit einem motorisierten Antrieb verfahren werden und nutzt eine lineare Verlegekinematik zum Verlegen von allen inneren Fliesen ohne Wandkontakt. Es können Fliesen in den beiden Formaten 30x60 Zentimeter beziehungsweise 60x60 Zentimeter im Kreuzverband verlegt werden. Der Roboter besitzt Speicher für Fliesen und Fliesenkleber, sodass er mindestens 30 Minuten ohne Nachfüllen verwendet werden kann und schafft eine Verlegeleistung von 12 Quadratmeter in der Stunde bei gleichzeitiger Gewährleistung der entsprechenden normgerechten Ebenheitstoleranzen.
Vorgehen
Aus den dargestellten Herausforderungen wird der oben abgebildete Prototyp als Lösungsansatz verfolgt.
Fliesendepot:
Das Fliesendepot fasst bis zu 17 60x60 Zentimeter beziehungsweise 34 30x60 Zentimeter Fliesen und ermöglicht es, ohne Nachfüllen das angestrebte Verlegeziel von 12 Quadratmeter pro Stunde zu erreichen. Auf einem zusätzlichen Rolltisch werden die Fliesen in ergonomisch passender Höhe aus den Kartons entnommen und gestapelt und können dann direkt in das Fliesendepot hineingeschoben werden. Werden die 30x60 Zentimeter Fliesen verwendet, müssen zwei Stapel nebeneinander gebildet werden. Im ErgoFli wird ein Portalsystem mit Antrieben eingesetzt, um die Fliesen vereinzelt aus dem Depot zu entnehmen.
Greifsystem:
Das Greifsystem besteht aus einem zweigeteilten Sauggreifer. Für die 60x60 Zentimeter Fliesen müssen beide Hälften gleichzeitig aktiviert werden, während die 30x60 Zentimeter Fliesen mit einer einzelnen Greiferhälfte gegriffen werden können. Die Verlegekinematik erlaubt einen Ausgleich der Roboterpositionierung in der Ebene um bis zu 10 Zentimeter in Quer- und Verfahrrichtung sowie den Ausgleich von Orientierungsfehlern. Durch eine passive Ausgleichseinheit können die Fliesen zuerst angewinkelt auf dem Boden angesetzt und anschließend eben angepresst werden, sodass die Luft unter der Fliese verdrängt wird und sich kein Hohlraum unter der Fliese bilden kann. Ein Kraftsensor im Greifer stellt dabei den richtigen Anpressdruck der Fliese sicher.
Auftragen des Fliesenklebers:
Vor dem Verlegen muss auf den Boden und auf die Fliesenunterseite Fliesenkleber aufgetragen werden. Dazu wird das Kleberdepot über den Boden gezogen und der Fliesenkleber über eine Zahnkelle auf dem Boden und gleichzeitig auf der vom Greifer in einer entsprechenden Position gehaltenen Fliese verstrichen. Diese Lösung wird gewählt, um möglichst wenig Teile, wie zum Beispiel etwaige Rohrleitungen mit dem Kleber in Kontakt zu bringen. Das gesamte Depot inklusive der Kelle kann nach dem Ende des Einsatzes zur vereinfachten Reinigung aus dem Roboter entnommen werden.
Lokalisierung:
Der ErgoFli nutzt drei auf der Greifeinheit montierte Laser-Profilsensoren, um die gegriffene Fliese lokal auszurichten. Dabei messen zwei Sensoren die Fuge zu der direkt zuvor gelegten Fliese und der dritte zu der Fliese der vorangegangenen Fliesenreihe. Über die gemessenen Abstände wird die Soll-Position für den Greifer geregelt. So können Positionierungsgenauigkeiten im Bereich von etwa ±0,1 Millimeter erreicht werden. Es müssen jedoch zusätzlich längerfristige Messhorizonte über mehrere Fliesen hinzugenommen werden, um das Aufsummieren von Fehlern im Vergleich zum idealen Fliesengitter, zum Beispiel durch Fliesentoleranzen, erkennen zu können. Dazu wird eine RGB-Kamera entgegen der Verfahrrichtung installiert, die bis zu 4 Meter weit Fliesen überblicken kann. Über eine Bilderkennung können so die Fugenabstände und -verläufe überwacht werden. Durch eine Anpassung der lokalen Regelung kann dadurch globalen Verlegefehlern frühzeitig entgegengewirkt werden.
Steuerung und Benutzerinteraktion:
Die Steuerung des ErgoFli erfolgt teilautonom. Über einen funkgesteuerten Joystick und ein Touch-Display am Roboter können Einstellungen an der grafischen Benutzerschnittstelle ergonomisch und nach einem intuitivem Bedienkonzept angepasst werden. Nach einem entsprechenden Knopfdruck verfährt der Roboter automatisch zur nächsten Verlegeposition oder verlegt eine Fliese.
Partner
Förderung
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand