Design, Prototyping, and Programming of a Bricklaying Robot

Mateus L. Aguair, Kamran Behdinan

Abstract


This paper presents the development of a Bricklaying Robot capable of building entire walls. This project was motivated by opportunity of automation in construction, which remains costly and inefficient. Several studies have described specialized robot for masonry works, most of them incorporating the human arm concept that requires complex programming and low productivity. In order to improve this model, an innovative concept of a short arm assembled into a lift platform was introduced in this paper. The robot was modeled in Solidworks®, followed by motion study and dynamic analysis to optimize the model. A prototype in 1/4 scale was built to demonstrate its feasibility, detecting and correcting flaws. The prototype was tested by programming servo motors using Arduino UNO hardware and C ++ code. Finally, robot kinematics was analyzed in a construction site scenario. Concordance between the virtual simulation and the experimental prototype results demonstrated the functionality and effectiveness of the proposed design. The invention of this Bricklaying Robot will represent a technological advancement in developing new mechanisms and codes, which may be responsible for increasing productivity and reducing risks of masonry construction. Future analysis of global bricklaying market might be conducted to prove its commercial viability. 

Cet article présente le développement d’un robot de maçonnerie capable de construire des murs entiers. Le projet est motivé par une grande possibilité pour l’automatisation dans le bâtiment, un domaine qui reste malsain, coûteux et inefficace. Plusieurs recherches discutent des robots spécialisés pour les travaux de maçonnerie ; la plupart de ces robots utilisent le modèle du bras humain, une conception qui nécessite la programmation complexe et présente une perte de productivité. Cet article a pour but d’améliorer le modèle courant en explorant une nouvelle conception d’un bras court, assemblé comme une plate-forme élévatrice. Ce robot a été conçu en Solidsorks®, et une étude de mouvement et une analyse dynamique ont été menées pour optimiser le modèle. Un prototype à l’échelle 1:4 a été conçu pour démontrer la faisabilité du robot, tout en détectant et corrigeant ses défauts. Le prototype a été évalué par la programmation des servomoteurs, en utilisant du matériel informatique d’Arduino UNO et le langage de programmation C ++. Finalement, la cinématique du robot a été analysée en un scénario de chantier de construction. La fonctionnalité et l’efficacité de la conception proposée ont été démontrées par la concordance entre la simulation virtuelle et les résultats du prototype expérimental. L’invention de ce robot de maçonnerie constituera une avance technologique dans l’étude et le développement de nouveaux mécanismes et des codes informatiques, qui permettront d’améliorer la productivité et réduire les risques de maçonnerie. Une analyse de marché mondial de maçonnerie peut être menée à l’avenir pour vérifier la viabilité commerciale du robot.

Keywords


Bricklaying Robot; Masonry Construction; Automation; Mechanical Design; Prototyping

Full Text:

PDF

References


Hasegawa, Y. Current Status and Key Issues for Construction Automation and Robotics in Japan. ISARC, 1996, Volume 13.

Arbouw. Map of the Construction Industry ’98/’99 [in Dutch]. Amsterdam, Netherlands, 2000.

Whitehead, B. Productivity in Bricklaying. Building Science Journal, 1973, Volume 8, Pages 1-10.

Bitschow, G; Dalacker, M; Kurz, J; Zeiher J. A Mobile Robot for On-Site Construction of Masonry. Stuttgart, Germany, 1996, Page 1701.

Kapelko, M; Oude Lansink, A. Technical Efficiency and its Determinants in the Spanish Construction Sector Pre- and Post-financial Crisis. International Journal of Strategic Property Management, 2014.

Pilateris, P; McCabe, B. Contractor Financial Evaluation Model (CFEM). Canadian Journal of Civil Engineering, 2013, Volume 30(3), Pages

–499.

Horta, I. M; Camanho, A. S; Da Costa, M. J. Performance Assessment of Construction Companies: A Study of Factors Promoting Financial Soundness and Innovation in the Industry. International Journal of Production Economics, 2012, Volume 137, Page 84–93.

Tsolas, I. E. Modelling Profitability and Effectiveness of Greek Listed Construction Firms: An Integrated DEA and Ratio Analysis. Construction Management and Economics, 2011, Volume 29, Pages 795–807.

Xue, X.; Shen, Q.; Wang, Y.; & Lu, J. Measuring the Productivity of the Construction Industry in China by Using DEA-based Malmquist Productivity Indices. Journal of Construction Engineering and

Management, 2008, Volume 134(1), Pages 64–71.

Pritschow, G; Dalacker, M; Kurz, J; Gaenssle, M. Technological Aspects in the Development of a Mobile Bricklaying Robot. Automation in Construction, 1996, Volume 5, Pages 3-13.

Gebhart, F; Bock, T. ROCCO—Robot Assembly System for Computer Integrated Construction, An Overview. European Conf. on Product and

Process Modelling in the Building Industry, 1994, Volume 1.

Adeli, H. Smart Structure and Building Automation in 21st Century, in: E.K. Zavadskas, A. Kaklauskas, M.J. Skibniewski (Eds.), International Symposium on Automation in Construction, 2008, Volume 25,

Pages 5–10.

Chamberlain, D; Ala, S; Watson J; Speare, P. Masonry Construction by an Experimental Robot. International. Symposium on Automation and

Robotics in Construction, 1992, Volume 9.




DOI: https://doi.org/10.13034/jsst.v8i3.92

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2015 Journal of Student Science and Technology