KI-gesteuerte Roboterbagger übernehmen die Steuerung auf der Baustelle

Was wäre, wenn Sie einem Bagger einen Satz CAD-Zeichnungen geben und ihn einfach an die Arbeit gehen lassen könnten, in der Gewissheit, dass er die Anweisungen millimetergenau befolgt? Können Sie sich vorstellen, wie viel Zeit, Geld und Arbeit Sie dadurch sparen könnten?

Das in der Schweiz ansässige Unternehmen Gravis Robotics entwickelt ein Modul zur Installation auf einzelnen Baggern, das es diesen ermöglicht, auf Baustellen zu navigieren und die gewünschte Leistung zu erbringen – und das alles ohne die Anwesenheit eines menschlichen Bedieners.

Eine solche Technologie kommt immer häufiger zum Einsatz. So werden auf vielen wichtigen Messen der Baubranche, beispielsweise der Bauma, Conexpo und Intermat, Konzepte für fahrerlose Maschinen vorgestellt.

Neil Woodfin, leitender Geschäftsentwicklungsbeauftragter bei Gravis Robotics.

Neil Woodfin, Chief Business Development Officer bei Gravis Robotics, war kürzlich auf dem Kongress der European Rental Association (ERA) in Lissabon, Portugal, wo er über die Pläne des Unternehmens sprach, die Genauigkeit, Sicherheit und Effizienz von Robotern auf moderne Baustellen zu bringen.

Von „Hunden“ geboren

Gravis Robotics ist ein Spin-off des Robotiklabors der ETH Zürich, das von Professor Marco Hutter geleitet wird. Er arbeitet mit 25 seiner Doktoranden an der Entwicklung einer KI-Software, die ursprünglich für vierbeinige Roboterhunde gedacht war. Diese „Vierbeiner“ erkunden die Umgebung und kehren mit einer 3D-Karte zurück. (Denken Sie an „Spot“ von Boston Dynamics.)

„Marco beschloss, diese Software zu nehmen und sie an Bagger anzupassen“, sagt Woodfin. „Wir haben ein Robotermodul, das auf das Dach der Kabine passt. Im Inneren des Robotermoduls befindet sich eine CPU, die mit Kameras ausgestattet ist, die ihm eine 360-Grad-Ansicht ermöglichen, sowie ein LIDAR.“

Sensoren an den Baggern ermöglichen es der Maschine, die Position des Arms, des Auslegers und des Löffelstiels zu erkennen. LIDAR ermöglicht die Messung der Position der Maschine auf der Baustelle, während ein GNSS-Sensor die GPS-Referenz zur Maschine liefert. Dadurch kann die Maschine zwischen ihren Arbeitsaktivitäten selbstständig auf der Baustelle navigieren.

„Das Robotermodul lernt, den Bagger zu bedienen und versucht beim Graben immer, die Schaufel zu 100 % zu füllen“, erklärt Woodfin. „Mithilfe der KI-Software kann es sich an die heterogene Umgebung anpassen, auf die es beim Graben trifft.“

Er fügt hinzu: „Wir sind sehr, sehr gut im Graben. Nach all dieser Entwicklungsarbeit planen wir, bis Juli Roboterbagger auf die Baustellen zu bringen. Dann können wir wirklich verstehen, welche Vorteile wir erzielen können, und zwar in den Bereichen Produktivität, Sicherheit, Nachhaltigkeit und Vorhersehbarkeit.“

Leitung der Ausgrabung

Woher weiß der Bagger, was zu tun ist?

Woodfin erklärt, dass das Robotermodul, sobald es am Bagger installiert ist, lernt, wie man die Maschine bedient. „Dann können Sie CAD-Zeichnungen der Aushubarbeiten hochladen, die durchgeführt werden müssen“, sagt er. „Wir geben Ihnen auch ein Touchscreen-Tablet, das in der Kabine sitzt, und Sie können buchstäblich mit Ihrem Finger die Stelle auf der Baustelle zeichnen, an der Sie den Graben ausheben möchten. Sie können die Tiefe und Breite des Grabens eingeben, und dann verwendet der Bagger diese Angaben und fährt los, um den Graben auszuheben.“

Woodfin erklärt, dass es auch möglich sei, die Schaufel einfach auf den Boden abzusenken und die Maße für die auszuhebende Fläche zu extrapolieren.

„Wenn Sie beispielsweise ein Haus erweitern, können Sie die Schaufel auf den Boden absenken und sagen: ‚Ich möchte, dass alles ab der Stelle, an der die Schaufel den Boden berührt, 250 Millimeter tiefer liegt.‘ Und dann würde Ihnen der Bagger ein Raster mit allem anzeigen, was 250 Millimeter tiefer liegt, und allem, was höher oder niedriger ist. Der Bagger würde dann so lange graben, bis Sie das Niveau erreicht haben, das Sie durch das Aufsetzen der Schaufel auf den Boden festgelegt haben.“

Einzige Maschinenvoraussetzung zum Einsatz des Gravis-Moduls ist die Elektrohydraulik.

„Wenn er keine Elektrohydraulik hat, bauen wir ein elektrohydraulisches Steuerventil an den Bagger“, sagt Woodfin. „Dann stecken wir das Modul in das CAN-Bus-System. Es muss also ein modernes elektronisches System haben, an das wir es dann anschließen.“

Er fügt hinzu: „Wenn es keine IMU-Sensoren hat, würden wir diese am Bagger anbringen. Ansonsten ist der Rest im Dachautomatisierungs-Steuerkit enthalten, das wir am Bagger anbringen.“

Gravis arbeitet derzeit im Rahmen einer auf der CES 2024 in Las Vegas im Januar angekündigten Partnerschaft mit sechs OEMs zusammen, einer davon ist Hyundai/Develon.

„Wir arbeiten mit ihnen an der Automatisierung ihrer Bagger. Bei den anderen Herstellern haben wir einen 10-Tonnen-Bagger, aber die meisten, an denen wir arbeiten, sind 20-Tonnen-Bagger, weil das die gängigste Größenkategorie von Baggern in der Branche ist“, sagt Woodfin.

Aber kann man eines mieten?

Die nächste naheliegende Frage ist, ob diese robotergesteuerten Bagger gemietet werden können.

„Wir arbeiten sehr eng mit Bauunternehmen und Vermietungsfirmen zusammen“, sagt Woodfins. „Als Hersteller produzieren wir generische Maschinen. Was sie zu Spezialmaschinen macht, ist der Bediener. Wenn wir Roboter in die Branche bringen, sind wir dazu verdammt, Spezialisten zu werden, weil wir verstehen müssen, was der Bediener tut.“

„Eines unserer Ergebnisse ist, dass sich die großen Bauunternehmen sagen: ‚Wenn Sie diese Aufgabe automatisieren könnten … anstatt einen Subunternehmer zu beauftragen, könnten Sie für diese Aufgabe eine automatisierte Maschine mieten und dann den Subunternehmer mit der Ausführung aller Arbeiten beauftragen, die noch nicht automatisiert wurden.‘“

Woodfin fährt fort: „Die Vermietung wird von ihnen als große Chance angesehen und wir entwickeln die Anzahl der Aufgaben, die wir automatisieren können. Heute konzentrieren wir uns auf Grabungs- und Erdarbeiten sowie das Beladen von Lkws. Dann werden wir weiter voranschreiten und immer mehr Aufgaben zu diesem Aufgabenportfolio hinzufügen, die wir automatisieren können.“

Gravis arbeitet derzeit mit Morgan Sindall und Vinci zusammen und befindet sich in Gesprächen mit den in Großbritannien ansässigen Firmen Flannery und Lynch sowie mit Vesco in der Schweiz. „Wir arbeiten seit Jahren mit der Schweizer Armee zusammen und

Das in der Schweiz ansässige Unternehmen Gravis Robotics entwickelt ein Modul zur Installation an einzelnen Baggern, das es diesen ermöglicht, sich auf Baustellen zurechtzufinden und die gewünschte Leistung zu erbringen – und das alles ohne die Anwesenheit eines menschlichen Bedieners. (Foto: LinkedIn)

auch die Schweizer Bahn“, sagt Woodfin. „Wir haben viele gute Kontakte zu Endverbrauchern und Vermietungsunternehmen, aber wir wollen das noch weiter ausbauen.“

Auf die Frage, ob ein Modul in einer Mietumgebung von Maschine zu Maschine übertragen werden könnte, sagt Woodfin, dass dies das langfristige Ziel sei.

„Das ist der Plan. Das war zunächst nichts, woran wir gedacht hatten, aber die Vermietungsfirmen haben danach gefragt. Es gibt keinen Grund, warum das nicht möglich sein sollte“, sagt er.

„Sie müssen lediglich sicherstellen, dass das Framework für das Modul bereits auf jedem Bagger installiert ist. Das Robotermodul braucht einige Zeit, um die Bedienung jedes Baggers zu erlernen. Sobald es gelernt hat, wie der Bagger zu bedienen ist, ist alles in Ordnung, aber die KI-Software muss alles bedienen, um zu verstehen, wie es auf verschiedene Steuerungen reagiert.“

Ab Juli

„Im Juli wollen wir unser Modul in realen Umgebungen einsetzen und dann werden wir versuchen, Partner an Bord zu holen, die automatisierte Bagger auf die Baustelle bringen. Wir haben 25 Robotiker in einem Betriebsteam, um herauszufinden, wie sich Robotik in die täglichen Aktivitäten integrieren lässt. Wir werden eng mit diesen Leuten zusammenarbeiten, um sicherzustellen, dass wir da sind, um ihnen technischen Support zu bieten, wenn sie ihn brauchen, und dann können wir gemeinsam diese Betriebsmodelle entwickeln, die uns die Integration ermöglichen.“

Gravis konzentriert sich derzeit auf den europäischen Markt, plant jedoch auch eine Expansion nach Amerika und Australien.

Der Preis des Moduls wird voraussichtlich zwischen 80.000 und 90.000 Euro liegen, je nachdem, mit welcher Hardware der Bagger ausgestattet ist. „Ein Teil davon sind wiederkehrende Softwarekosten“, sagt Woodfin. „Wir haben versucht, die Kosten so niedrig wie möglich zu halten.“

„Wir wissen, dass wir mit diesem Robotermodul Mehrwert generieren müssen. Deshalb haben wir einen Wertrechner, den wir durch längere Zykluszeiten durch Schaufelfüllraten, verbesserte Auslastungsraten und den Wegfall bestimmter Arbeitskräfte vor Ort demonstrieren. Wir können diese Technologiekosten wöchentlich wieder hereinholen.“

Um seine Ziele zu erreichen, arbeitet Gravis Robotics mit einer Reihe von Partnern zusammen, darunter Moog Construction, das Unternehmen, das hinter vielen der autonomen Technologien steht, die heute in Baumaschinen zum Einsatz kommen. Laut Moog Construction „erweitert es seine Expertise in präziser Bewegungssteuerung, funktionaler Sicherheit und integriertem Systemdesign durch die Entwicklung automatisierter Funktionen für die Bauindustrie, während Gravis Robotics seine Expertise in Sensorfusion, Umgebungswahrnehmung, fortschrittlicher Teleoperation, Augmented-Reality-Visualisierung und autonomer Navigation einsetzt, um große Baumaschinen in autonome mobile Roboter zu verwandeln.“

Auf der Bauma 2022 haben Moog Construction und Gravis Robotics gemeinsam einen Schreitbagger von Menzi Muck mit der Fähigkeit ausgestattet, auf der Grundlage von Eingaben eines Bedieners von einem entfernten Standort aus Gräben robotergestützt auszuheben. Der Bediener konnte die Länge, Neigung usw. des Grabens festlegen und der Bagger erledigte die Aufgabe.

Die Partner sind davon überzeugt, dass diese und weitere Fähigkeiten der nächsten Generation von Baumaschinen ein neues Niveau an Konnektivität, Produktivität und Sicherheit verleihen werden.