Multi-Roboter-Kollaboration für Monitoring und Inspektionen von Ingenieurbauwerken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Smarsly
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517965147

Monitoring und Inspektionen sind wesentliche Instrumente zur Bewertung und Instandhaltung von Ingenieurbauwerken. Die manuelle Durchführung von Monitoring- und Inspektionsaufgaben kann jedoch zeitaufwändig, fehleranfällig und kostenintensiv sein. Deshalb ist der Einsatz von Robotern vielversprechend, erfordert jedoch robuste Konzepte zur zuverlässigen und effizienten Multi-Roboter-Kollaboration. Bisherige roboterbasierte Ansätze beschränken sich oft auf Roboter ähnlichen Typs und nutzen das semantische Potenzial digitaler Bauwerksmodelle nicht vollständig aus. Auch die Unwägbarkeiten auf Baustellen – im Gegensatz zum Einsatz von Robotern in anderen Disziplinen – stellen die bestehenden Ansätze vor Herausforderungen, die noch nicht zufriedenstellend gelöst wurden. Ziel dieses Teilprojekts ist es, eine wissenschaftlich fundierte Grundlage zur Verbesserung der Multi-Roboter-Kollaboration bereitzustellen, um Monitoring und Inspektionen von Ingenieurbauwerken durch kollaborativ arbeitende Roboter unterschiedlichen Typs zuverlässiger und effizienter als bisher zu gestalten. Hierzu soll die Semantik von bestehenden, digitalen Bauwerksmodellen genutzt werden. Beginnend bei einem gemeinsamen Ausgangspunkt, der alle Teilprojekte mit dem Information-Backbone der gesamten Forschungsgruppe abstimmt, wird ein semantisches Inspektionsmodell entwickelt, das auf einer semantischen Analyse von Ingenieurbauwerken und einer Formalisierung der Monitoring- und Inspektionsaufgaben beruht. Zusätzlich zum semantischen Inspektionsmodell wird ein semantisches Kollaborationsmodell entwickelt, das die Fähigkeiten von Robotern formalisiert. Die Wissensrepräsentation beider semantischer Modelle wird in Form von Ontologien umgesetzt und mit verhaltensbasierten Robotermodellen unter Verwendung von Zustandsautomaten verknüpft. Die Korrektheit der semantischen Modelle wird mittels Model-Checking überprüft. Die Modelle bilden die Säulen für die kollaborative Multi-Roboter-Inspektionsmethodologie, dem Kern dieses Teilprojekts. Die Methodologie ermöglicht auf generische Weise die Generierung und Optimierung von Aufgaben und Plänen für das Monitoring und Inspektionen, basierend auf digitalen Bauwerksmodellen. Die Methodologie integriert hierfür Schlussfolgerungsmechanismen, Beschreibungs- und Temporallogik sowie Multi-Agenten-Technologie. Zur Validierung der Methodologie werden sowohl virtuelle Experimente (d.h. Simulationen) als auch physische Experimente (d.h. Labor- und Feldtests) durchgeführt. Im Ergebnis dieses Teilprojekts wird erwartet, dass Monitoring und Inspektionen von Ingenieurbauwerken durch eine zuverlässige und effiziente Multi-Roboter-Kollaboration verbessert werden können, die für verschiedene Typen von Robotern gültig ist und hierfür die Semantik der im Bauwesen allgegenwärtigen, digitalen Bauwerksmodelle nutzbar macht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5672: Das Informationsrückgrat des robotisierten Bauens auf der Basis von mehrskalig verzahnten Produkt-Prozess-Modellierungsmethoden