Mit IDOG Schäden an Bauwerken untersuchen

Auf der bauma 2022 wurde der sensorbestückte Roboterhund IDOG einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt. IDOG kann Gebäudestrukturdaten erfassen, verarbeiten und analysieren und so wichtige Inspektionsaufgaben übernehmen. Einen ersten Einsatz hatte er auf der Zitadellenbrücke in Hamburg.
 

Robotersysteme werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, um Prozesse zu automatisieren und gleichzeitig hohe Qualitätsstandards zu etablieren. Im Vergleich zu anderen Branchen ist die Bauindustrie sehr dynamisch, was die Integration von Robotersystemen, wie z. B. Laufrobotern, zu einer komplexen Aufgabe macht. Laufroboter bieten eine erweiterte Mobilität, die Inspektionen auf Baustellen ermöglicht, die oft unwegsames Gelände oder andere Störfaktoren aufweisen.

Um die Herausforderungen, die bei der Automatisierung von Inspektionen und der Dokumentation des Baufortschritts, z. B. mit digitalen Modellen, auftreten, bestmöglich zu meistern, hat das Institut für Digitales und Autonomes Bauen (IDAC) der Technischen Universität Hamburg einen Roboterhund entwickelt und ihn IDOG (Intelligent Documentation Gadget) getauft.

Ausgangslage

Anstoß für die Entwicklung von IDOG gab die Notwendigkeit regelmäßiger Inspektionen von Brücken, die oft hohen Belastungen ausgesetzt sind. Eine Methode zur Überprüfung von Brücken ist das „Structural Health Monitoring“ (SHM). Beim SHM werden Beschleunigungssensoren an Brücken angebracht, die Vibrationen messen. Die Vibrationen der Brücke geben Aufschluss über ihren Zustand. Bislang ist es recht aufwendig, ein solches SHM-System zu installieren, da eine hohe Dichte an Sensoren notwendig ist, um die Brücke zuverlässig zu überwachen.

Deshalb kam das IDAC auf die Idee des „Mobilen SHM“ mit Roboterhunden, um so eine hohe Dichte bei geringer Anzahl an Sensoren abzudecken. Der Roboterhund IDOG basiert auf dem Modell A1 von Unitree, den das IDAC um Sensorik und Software erweitert hat. Diese Roboterhunde sollen Bauwerke, zum Beispiel Brücken, auf Schäden untersuchen und somit helfen, die Infrastruktur instand zu halten.

Vorteil ist, dass mit IDOG keine feste Installation nötig ist. Damit entfällt auch der Austausch des fest installierten Systems, weil Brücken in der Regel eine längere Lebenszeit als die Sensoren haben.

Messungen mit IDOG auf der Zitadellenbrücke

Der Roboterhund wurde erstmalig auf der Zitadellenbrücke in Hamburg-Harburg bei der Brückeninspektion eingesetzt.

Eine Messung mit dem Roboterhund muss nicht konstant erfolgen, es reicht eine kurze Wiederholung in regelmäßigen Abständen. Für die Messung geht der Roboterhund zu einem Messpunkt, setzt sich hin, misst Vibrationen für eine kurze Zeit (je 2 min) speichert diese ab, analysiert sie, steht auf, geht zum nächsten Messpunkt.

Neben dem Beschleunigungssensor wird bei IDOG ein Lidar (eine Art Laser-Radar) zur Lokalisation und Navigation des Roboters genutzt, wenn beispielsweise GPS innerhalb von Gebäuden nicht und unter freiem Himmel nur mit unzureichender Präzision funktioniert. Darüber hinaus wird ein sogenannter Simultaneous-Localization-and-Mapping-Algorithmus (SLAM-Algorithmus) verwendet, bei dem eine Karte der Umgebung mit Position des Roboters darin erzeugt wird.

Die vom SLAM-Algorithmus erzeugte Karte wurde mit Zeichnungen der Brücke verglichen und es stellte sich heraus, dass diese ziemlich genau sind (vgl. Abb. 1). Bei einem Vergleich des mobilen SHM-Roboters mit einem herkömmlichen SHM-System kam das Forschungsteam bei der grafischen Darstellung der Messungen zudem auf die gleichen Ergebnisse (vgl. die drei „Peaks“ an der gleichen Stelle in Abb. 2).

Ausblick

Das Mobile SHM ist nur eine von vielen Möglichkeiten, wie Roboterhunde bei der Inspektion von Bauwerken wie Brücken helfen könnten. Eine weitere wäre beispielsweise das automatisierte Erkennen von Rissen im Beton mit einer Kamera. Darüber hinaus wäre ein spannendes Forschungsthema für die Zukunft die Kooperation mit anderen Robotertypen wie Drohnen oder Unterwasserrobotern, um Brücken vollumfänglich inspizieren zu können.