Nicklas Simon steuert den Fliesenlege-Roboter

Ziemlich beste Freunde

Der Beruf des Fliesenlegers ist einer der gesundheitsschädlichsten überhaupt. Doch Rettung naht: Am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik entsteht ein Roboter, der als mobiler Helfer auf Baustellen zum Einsatz kommen soll. Die Baubranche hat bereits Interesse angemeldet.

Von Nico Damm, 27. Januar 2020

Fliesenleger – das generische Maskulinum sei bei diesem Männerjob ausnahmsweise erlaubt – heben oft schwer und arbeiten viel gebückt und auf den Knien. Dazu atmen sie beim Zuschneiden der Kacheln feinen Staub ein und sind auf Baustellen Hitze, Kälte, Nässe und Zugluft ausgesetzt. In nur wenigen Berufen werden die Menschen vor dem Rentenalter noch schneller arbeitsunfähig, zum Beispiel Gerüstbauer, Dachdecker oder Bergleute. Fliesenleger rangieren in dieser deprimierenden Statistik auf Platz 7.

Zeit, der geplagten Berufsgruppe tatkräftige Unterstützung zukommen zu lassen, sagt Simon Nicklas. Der Elektrotechnikingenieur und wissenschaftliche Mitarbeiter steht im Robotik-Labor des Fachbereichs Elektrotechnik und Informationstechnik und blickt auf das Gefährt, um das sich seine Doktorarbeit dreht: Ein fliesenlegender Assistenz-Roboter. Auf vier dicken Reifen ruht neben jeder Menge Sensorik und Regelungstechnik ein geschwungener Roboter-Arm in Orange- und Grautönen. Der mobile Helfer steht in einer Art Modell-Bad: Mannshohe Rigipsplatten formen einen 12 Quadratmeter großen Raum. „Der repräsentiert ein deutsches Durchschnittsbad in einem Mehrfamilienhaus.“

Per Fernbedienung bewegt Nicklas vorsichtig den Robo-Greifarm, an dessen Ende drei Vakuum-Saugnäpfe eine weiße Fliese greifen, und setzt sie zielsicher an die Wand. „Hier im Labor arbeiten wir mit Klett-Verschlüssen, damit wir nicht jedes Mal neu Fliesenkleber anrühren müssen.“ Auf der Baustelle soll der Prozess einmal so aussehen: Der Mensch steht hinter dem Roboter und trägt mit einer speziellen Apparatur Kleber gleichmäßig auf eine Fliese auf. Dann legt er die Fliese in den abgetrennten Arbeitsbereich des Roboters, der sie danach automatisiert an die richtige Stelle setzt. Um das zu schaffen, bringt der Helfer jede Menge Fähigkeiten mit. Er vermisst mit vier Lichtschnitt-Sensoren hochgenau den Arbeitsbereich und erkennt gleichzeitig sofort, wenn eine Kollision droht.

  • Der wissenschaftliche Mitarbeiter Simon Nicklas im Robotik-Labor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der h_da.   (alle Fotos: h_da/Jens Steingässer)

  • Der Roboter wird in einem eigens dafür eingerichteten "Raum im Raum" getestet. Die Simulationsumgebung repräsentiert ein deutsches Durchschnittsbad.

  • Über zahlreiche Sensoren vermisst der Fliesenlege-Roboter den Arbeitsbereich genau. Damit das Forschungsteam nicht jedes Mal Kleber anrühren muss, bringt das Testgerät die Fliesen per Klettverschluss an die Wand.

  • Weil der Roboter immer mit einem Menschen zusammenarbeitet, ist Arbeitsschutz das höchste Gebot. Sensoren verhindern Kollisionen, der Roboterarm verfügt über keine harten Kanten, die Verletzungen verursachen könnten.

Das Vorhaben wurde zwei Jahre lang vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 1.142.000 Euro gefördert, davon 650.000 Euro für die h_da. Zum Jahresende ist es ausgelaufen. „MAROON“ steht für „Mobiles arbeitsunterstützendes Roboterfliesenlegesystem“ und bringt die Forschungsgruppe „Assisted Working and Automation“ der h_da mit dem Robotik-Spezialisten Arotec (eine ehemalige Kuka-Tochter), dem Wiesbadener Bauunternehmen Brömer & Sohn GmbH und dem metallbearbeitenden Mittelständler Pro Move GmbH zusammen. Als Unterauftragnehmer sind das Institut für Arbeitswissenschaft der TU Darmstadt (IAD) und das Softwarehaus Open Experience GmbH dabei. Festes Ziel des Projekts: „Wir wollen mindestens genauso schnell sein wie der Mensch, am besten noch schneller. Und mit besseren ergonomischen Bedingungen“, sagt Nicklas.

Das, was der Roboter heute kann, musste Nicklas zunächst selbst einmal genauer kennen und verstehen lernen: „Ich habe selbst vorher höchstens mal eine Fliese im Bad ausgebessert“, erinnert sich der Ingenieur schmunzelnd. Über Erklär-Videos einer Baumarktkette tastete er sich dann in einem allerersten Schritt an das Thema heran. Das handwerkliche Wissen brachten schließlich die Fliesenleger des Bauunternehmens Brömer ein. „Wir haben dann auf verschiedenen Baustellen eine ausführliche Analyse des gesamten Prozesses gemacht.“ Ziel der Analyse war es, alle zugehörigen Arbeitsschritte zu identifizieren und herauszufinden, wie belastend diese für den Menschen sind. Hier waren die Expertinnen und Experten des IAD gefragt, die die Tätigkeiten nach verschiedenen Kriterien bewertet haben: Wie viel Kraft wird benötigt? Wie oft werden bestimmte Schritte wiederholt? Wie anstrengend ist die Körperhaltung?

Das fertige Produkt soll den Menschen helfen, statt sie zu ersetzen, betont Prof. Dr. Sven Rogalski, der die Forschungsgruppe leitet. Die Unterstützung sei dringend nötig: „Fachkräfte im Handwerk sind knapp – und sie altern.“ Ziel sei es, die Arbeitenden von besonders schädlichen Prozessen zu entlasten und sie in die Lage zu versetzen, trotz körperlicher Einschränkungen ihren Job zu machen. „Da kann unser Assistenzsystem helfen.“ Das mittelständische Unternehmen Pro Move, das als Inklusionsfirma Menschen mit Behinderungen beschäftigt, bringt Fachwissen über die Einbindung von Menschen mit Beeinträchtigungen in Arbeitsprozesse ein.

Rein technisch gesehen könnte man das Fliesenlege-Handwerk stärker automatisieren. Zum Beispiel sei es bereits in verschiedenen Ländern gängig, Nasszellen komplett fertig gefliest inklusive Rohren und Armaturen in Baustellen einzusetzen, sagt Nicklas. Hierzulande sei das noch nicht gefragt. „Wir sind ja stolz auf das deutsche Handwerk.“ Freilich haben aber auch Roboter ihre Grenzen. „MAROON“ kann sich nicht in enge Räume quetschen, noch keine Fliesen eigenständig zuschneiden oder verfugen und wird für kleine Bauvorhaben auch als gemietete Lösung vermutlich zu teuer sein. Vereinzelt gäbe es Ansätze zur Entwicklung von stärker automatisierten Systemen, sagt Simon Nicklas – die seien dafür aber weniger mobil. Die drei Komponenten des Darmstädter Prototyps – Roboterarm, Plattform und Fliesenmagazin – können voneinander getrennt und in andere Stockwerke transportiert werden.

Mit Hilfe der rollenden Plattform kann der Roboter sowohl selbstständig im Raum navigieren als auch mit einem Joystick gesteuert werden. Und mittels spezieller Sensoren übernimmt er sogar die Qualitätskontrolle. Während das Gerät arbeitet, sammelt es jede Menge Daten: Wie viele Fliesen sind gelegt? Wo genau befinden sie sich? Wie weit fortgeschritten sind die Arbeiten? Ideal für eine Baustelle der Zukunft, findet Nicklas. Für die sei die Zeit gekommen. „Die Prozesse im Baugewerbe sind kaum digitalisiert – ganz im Gegensatz zur Industrie.“

Die Vorteile der vernetzten Baustelle liegen für den Ingenieur auf der Hand: Wenn der Baufortschritt live dokumentiert wird, kann etwa neues Material erst dann bestellt werden, wenn es wirklich gebraucht wird. Denn gerade auf städtischen Baustellen sei der Platz für die Lagerung von Baumaterialien begrenzt. Und während heute noch meist mit Zettel und Stift dokumentiert wird, könnten schon bald Werkzeuge digital werden. Dann könnte die Schlitzfräse, die Kabelkanäle in die Wände bringt, direkt mitteilen, wo diese Kabel verlaufen. Rogalski sieht das ähnlich: Die Handwerksberufe veränderten sich, sagt er: „Fliesenleger werden künftig Automatisierungskenntnisse brauchen. Das wird ein ähnlicher Wandel wie der von der Kfz-Mechanik zur Kfz-Mechatronik.“ Auch Exoskelette, also Roboteranzüge, könnten künftig Menschen auf der Baustelle unterstützen, glaubt der Ingenieur. Diese werden seit einigen Jahren auch außerhalb des militärischen Bereichs entwickelt.

Das Interesse des Baugewerbes ist in jedem Fall da: In Kürze darf daher der Assistenz-Roboter auf einigen Baustellen einige Quadratmeter Fliesen legen, um ihn auf Praxistauglichkeit zu testen: Ein deutscher Bau-Großkonzern hat Interesse. Auch der Wiesbadener Mittelständler Brömer hat schon angekündigt, direkte Verwendung für den Roboter zu haben. Dennoch müsse sich der Prototyp erst noch beweisen, sagt Rogalski. „Wir wollen die theoretische und praktische Machbarkeit nachweisen. Die Rolle der beteiligten Firmen ist es dann, das Ganze zur Marktreife zu bringen.“ Gut möglich also, dass in Zukunft auch Fliesenleger erst etwas später in Rente gehen.

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