Humanoïde robot bouwt autonoom gipswand op (video)

Een nieuwe humanoïde robot kan op bouwplaatsen en productielocaties lichamelijk belastende en gevaarlijke werkzaamheden gaan uitvoeren voor de mens. Dergelijke robots kunnen helpen personeelstekorten die ontstaan door onder andere vergrijzing helpen opvangen. Daarnaast kunnen humanoïde robots helpen de veiligheid op onder andere bouwplaatsen te vergroten en het aantal werkgerelateerde blessures terug te dringen.

Het gaat om de HRP-5P, een robot ontwikkeld door de Humanoid Research Group van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). De HRP-5P is een humanoïde robot, een categorie robots die veel weg hebben van de mens. Zo beweegt de robot zich voort met behulp van twee benen en worden de armen van de robot onder andere gebruikt om objecten te manipuleren. De HRP-5P weegt 101 kilogram en is 182 centimeter hoog. De robot maakt onderdeel uit van de HRP reeks humanoïde robots die het instituut heeft ontwikkeld om de mogelijkheden van dit soort robots te demonstreren. 

Speciale koppelingen als gewrichten 

Overigens zijn er ook de nodige verschillen tussen de wijze waarop de HRP-5P en de mens bewegen. Zo biedt de nek van de robot twee vrijheidsgraden, zijn middel drie vrijheidsgraden, iedere arm acht vrijheidsgraden, de benen beide zes vrijheidsgraden en iedere hand twee vrijheidsgraden. Dit is nog altijd minder dan de mens. 

Om dit te compenseren en desondanks menselijke bewegingen te kunnen nabootsen is de HRP-5P voorzien van speciale koppelingen, die dienst doen als gewricht. Deze koppelingen geven de robot de mogelijkheid zijn armen en benen veel flexibeler bewegen dan de mens. Zo biedt de heup van de mens een bewegingsvrijheid van zo’n 140 graden, terwijl deze bij de HRP-5P 202 graden bedraagt. De robot kan daarnaast zijn pols 300 graden draaien en zijn hand dus bijna volledig ronddraaien. 

Ondanks dat de bewegingen van de HRP-5P veel op die van de mens lijken, maken de afwijkende eigenschappen ook andere houdingen mogelijk. Zo kan de robot veel verder door zijn hurken zakken dan een mens dat kan. Ook is de robot in staat zijn bovenlichaam veel verder te draaien ten opzichte van zijn onderlichaam dan de mens.

Grote objecten manipuleren

De HRP-5P is ten opzichte van zijn voorganger voorzien van een sterkere motor en beter gekoelde aandrijving. Een aantal koppelingen is daarnaast voorzien van meerdere motoren, waardoor het koppel en de maximale snelheid van deze koppelingen is vergroot ten opzichte van voorgangers uit de HRP reeks. Dit maakt het mogelijk grote objecten te manipuleren, waarbij als voorbeeld een multiplex plaat van 1800 x 900 x 12 mm van ongeveer 12 kilogram of een gipsplaat van 1820 x 910 x 10 mm van ongeveer 11 kilogram wordt genoemd.

De robot brengt met behulp van sensoren die zijn ingebouwd in het hoofd van de HRP-5P zijn omgeving continu in de gaten. Door het gebruik van een groot aantal sensoren zijn deze in staat elkaar te compenseren en aan te vullen. Indien het zicht van de robot wordt beperkt door obstakels, kan de robot door meetgegevens te combineren en deze te vergelijken met eerdere metingen toch een goed beeld krijgen van zijn omgeving. Dankzij een neuraal netwerk kan de robot objecten herkennen, zoals gereedschappen die gebruikt kunnen worden voor het uitvoeren van werkzaamheden.  

Gipswand bouwen

Om de toepassing van de robot te demonstreren hebben onderzoekers van AIST de HRP-5P getraind om autonoom een gipswand op te bouwen. Dit proces gaat als volgt in zijn werk: 

• De robot creëert een driedimensionale kaart van zijn omgeving en brengt objecten in zijn nabijheid in kaart. Vervolgens loopt de robot naar zijn werkbank toe om aan de bouw van de wand te beginnen
• Aangekomen bij de werkbank pakt de robot een gipsplaat oppakt van een stapel gipsplaten die klaar ligt
• De robot vervoert deze gipsplaat naar de muur en brengt hierbij zijn omgeving in kaart
• De gipsplaat wordt door de robot in de juiste positie gebracht en tegen het frame van de muur geplaatst
• De robot bevestigt de gipsplaat met behulp van schroeven aan de muur en houdt de gipsplaat met één hand stabiel

Hoe dit er in de praktijk uitziet is in de onderstaande video te zien.

Personeelstekort opvangen

Met de HRP-5P hoopt AIST een antwoord te kunnen bieden op afnemende geboortecijfers en de toenemende vergrijzing, iets waar niet alleen Japan maar ook Europa mee te kampen heeft. Naar verwachting zullen allerlei sectoren waaronder de bouw hierdoor te maken krijgen met personeelstekorten. Door robots werkzaamheden te laten overnemen van de mens hoopt het instituut dit tekort te kunnen opvangen. Doordat humanoïde robots dezelfde vorm hebben als de mens en handelingen op vergelijkbare wijzen kunnen uitvoeren kunnen deze robots worden ingezet zonder dat de werkomgeving hierop hoeft worden aangepast. Dit vereenvoudigt de inzet van de robots. 

Hydrian X

AIST is overigens niet de enige partij die met behulp van robots personeelstekorten in de bouw wil opvangen. Zo werkt het Australische Fastbrick Robotics al enige tijd aan de Hadrian X, een metselrobot die ruim 1.000 bakstenen per uur kan metselen en bakstenen automatisch voorzien van specie. Met deze robot wil het bedrijf het groeiende tekort aan metselaars in het noorden van Australië opvangen. Caterpillar heeft twee miljoen dollar geïnvesteerd in het bedrijf.

De Hydrian X bestaat uit een vrachtwagen voorzien van een robotarm van maar liefst 30 meter lang. Dankzij deze robotarm kan de robot bakstenen op nagenoeg iedere locatie op een te bouwen muur plaatsen zonder dat de vrachtwagen hiervoor verplaatst hoeft te worden. De robot kan via de weg naar iedere gewenste locatie worden gereden en kan volgens Fastbrick Robotics in slechts twee dagen een volledig woning metselen. Deze woning wordt gebouwd aan de hand van een 3D-model, waardoor het niet nodig is de robot tijdens het metselen instructies te geven.

Woningen 3D-printen

Daarnaast zet Dubai al enige tijd in op het 3D-printen van woningen. Het eerste gebouw dat volledig met een 3D-printer is gebouwd werd in 2016 al geopend. Dit gebouw is opgebouwd uit verschillende modules die met behulp van additieve productie zijn geproduceerd. Deze modules zijn vervolgens op locatie met behulp van een hijskraan geassembleerd tot het uiteindelijke gebouw. 

Het emiraat streeft ernaar in 2025 een kwart van alle nieuwe gebouwen met behulp van additieve productie is geproduceerd. Deze ambitie is onderdeel van een roadmap genaamd ‘Dubai Future Foundation’, dat van de Verenigde Arabische Emiraten (VAE) en Dubai in 2030 de 3D-print hub van de wereld moet hebben gemaakt. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Bron: Fastbrick Technologies
Bron: Bron: World Economic Forum
Bron: Dubai Future Foundation