Yapı üretim sahasında robotik ve otomasyon sistemlerinin kullanımına dair bir model: Markobot
A model for usage of robotics and automation systems in construction: Markobot
Yazar: BARIŞ ATEŞ
Danışman: DR. HAKAN TONG
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilişim Ana Bilim Dalı / Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, yapı üretim sahalarında ortaya çıkan ve öngörülen sorunlara çözüm üretmek amacıyla robotik ve otomasyon sistemleri yardımıyla bir model tasarlanmasıdır. Bu bağlamda, tez yapı üretim sahalarında görülen bölme duvar, mekanik ve elektrik işlerini konu almıştır. Bu üretim kollarında ve ortak çalışmalarında ortaya çıkan sorunlar irdelenmiştir. Bu sorunlara bir çözüm önerisi olarak bir robot geliştirilmesi planlanmıştır. Önerilen modelin faydalanacağı sistemler ve teknolojiler irdelenmiş ve sonuç ürün olarak robotun tasarımı ön plana çıkarılmıştır.
Tezin ilk bölümünde yapı üretim sahaları yani şantiyeler ve bu başlıklar altında yer alan üretimler incelenmiştir. İncelenen üretimler arasından teze kaynak oluşturan üretimler ayrıca irdelenmiş ve üretim esnasında ortaya çıkan sorunlar tartışılmıştır. Sorunların nedenleri gözlemlenmiş ve bu sorunlara çözüm olarak sunulacak modelin sahip olması gereken özellikler belirlenmiştir. Üretim kollarında ele alınan en büyük sorun ise üretim öncesi hazırlık süreci yani markalama süreci olarak ele alınmıştır. Markalama sürecinin geleneksel yöntemler yardımıyla yapıldığı çalışma ortamları incelenerek ortaya çıkacak sorunlar araştırılmıştır.
Tezin ikinci bölümünde ilk bölümde varılan sonuçlar doğrultusunda önerilecek modele rehberlik edecek sistemler irdelenmiştir. Robotik ve otomasyon sistemleri ayrıca incelenmiştir. Ayrıca bu sistemler dahilinde ortaya çıkan örnek sistemler incelenerek üretilecek modele yönelik bir rehber oluşturulması amaçlanmıştır.
Tezin üçüncü bölümünde ise üretilecek modele yönelik çalışmalar ve araştırmalar ele alınmıştır. Modelin sahip olacağı özellikler tek tek incelenmiştir. Ayrıca bu özellikleri sağlayacak sistemler ve teknolojiler de araştırılmıştır. Bu araştırmalar sonucu robotun fiziksel ve sanal ortamda temsili oluşturulmuştur. Ortaya çıkacak robotun sahip olacağı tüm özellikler tanımlanmıştır. Bunun yanı sıra yazılımsal olarak robotun sahip olması gereken altyapı tanımlanmıştır. Oluşturulması planlanan modelin bir simülasyonu yapılarak öngörülen sonuçlar ışığında değerlendirmelerde bulunulmuştur. Var olan üretim sistemleri üzerinden bir anket çalışması yapılmış ve sonuçlar irdelenmiştir. Ortaya çıkan sonuçlar ile simülasyon sonucu elde edilen veriler kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucu ortaya çıkan avantajlar ve dezavantajlar ele alınarak sonuçlara ulaşılmıştır.
Markobot sisteminin öngörülen tasarımı dışında ise öngörülen potansiyel geliştirmeler ve oluşabilecek sorunlar karşısındaki çözümler de tezin üçüncü bölümünde yer almaktadır.
Üretim aşaması gerçekleştirilemeyen sistemin kullanımı sonrasında ortaya çıkacak yeni çalışma ortamı yalnızca öngörüler üzerinden oluşturulmaktadır. Ancak elde edilen veriler ışığında geleneksel üretim yöntemleri yerine kullanılacak robotik sistemlerin pozitif yönde katkı sağlayacağı düşülmüştür. İncelenen örnekler dahilinde bu fikir kuvvetlenmiştir. Çalışan yardımıyla yapılacak üretimler yerine otomatize edilmiş sistemlerin pozitif yönde katkı yapacağı öngörülmektedir. Bu bağlamda ele alınan üretimler dışında da kullanılabilecek bu modelin yapı üretim sahalarında kullanımının yaygın olması beklenmektedir.

Abstract:
The purpose of this thesis is to examine application of robotics and automation in construction via an example robot for construction site. In this context, the research focuses on the construction site and trim works for the main subject. In the scope of the study, it was aimed to research the trim works and their problems encountered at the construction site. Furthermore it was critical for this research to reveal the relation of the selected trim works and also new working place comes from these relations. Focusing on the works in construction site, besides it reveals the problems, thesis also aimed to reveal the solutions that solves the encountered problems wtih selected works on construction site. So the condition this thesis reveal is, to propose a system to solve the mentioned problems with using of robotics and automation systems.
Developing countries economies, it is considerably believed that, is based on construction sector and construction economy created by this sector. However, these countries, especially Turkey, continues to build with traditional methods without no changes. But at the same time that big of construction sector needs to improve standarts to construct safer, cheaper and faster and also with high quality. For that reason, it was beleived that, traditional construction methods based on manpower can't provide these improvements. In this context, a new working field should be created by using technological advances. In this context, robotics and automation systems used to create a new system for production.
In the first part, determining the research question of the study which handles the problematic works in the construction site, the purpose, scope of the study and methods to be followed during the analysis phases are basically described. This section of the thesis, apart from shaping the substructure of the theoretical framework, superficially gives the information on how to create the system to be the solution for problems can be seen in production in construction. And also in this part the guideline of the system given.
In the second part of thesis, the selected trim works that seen problematic and also have potential to solve with robotics handled. Construction site hosts lots of different works. These works creates a dynamic work space with start to the end. With all these different works and producitons this thesis mainly aims to partition wall productions. Also mechanical works and electrical works is at the center of this thesis because of heir relationship with partition walls. All researches showed that most problems can be solved in the preparation step. Partition wall production, in tradional method, needs to be marked out at the site before production. This step provides designers and constructors to see if there is a problem between design and site conditions. Also grants a guide for production phase for good quality production. This phase named "Markalama" in sites also in this research. Also "Markobot" word, the name of the proposed system, comes from that term.In this context, selected works and predicted problems analyzed at the construction site conditions. With analysis it can be seen that main reason of the problems mostly because of manpower. In this context, solution should be independent from manpower and also it should offer positive effects on time, finance and quality issues. All results leads the research to find a new system with supports of robotics and automation systems.
In the third part of thesis, robotics and automation in construction sector and their effects to production is analysed through robotic examples. Robotic examples showed that, most of robots, researches about that subject is improving day by day. However robots used in construction site today, built for spesific works only. But at the same time all robots are a part of a big system. A system that includes all produced robots can carry main works in a construction site without manpower. Furthermore it was critical for this research to reveal the robotic functions that used and also can be used in the proposed system. For these, some robotic examples analysed.
Fire-proof rock wool spray robot is the first example that analysed in that part of thesis. This robot showed that a robotic arm with necessary systems applied can provide new usages for that arm beside that it can solve the problem of its own. Welding robot for steel structures, seramic tile replacement robot, brick placing drone robotic system and also other robotic systems analysed to determine systems that will be used with Markobot system.
In the fourth chapter, the markobot, which is the main subject for the research is analysed part by part, and also simulation of markobot, how it works, created by predictions. The schema that how Markobot works granted the algorithm for entire system. From algorithm and schhema all parts that neccesary for system analysed. In this context, required parts classified under groups to search seperately.
Groups of needings showed that the first part should be the computer interface. Interface created by Computer Engineering department. Interface is the first part that system starts, analyses and runs the robots. Communication systems are the second part for the system. Analysed data carried to robot by wireless communication systems. Electrical parts and mechanical parts are decided as required to run the system smoothly. Analysed and carried data will be detected in robot. Electrical systems are also big research subjects for their endless features. In this context, all parts analysed seperately with all researches done before via examples.
Microcontrollers, servo motors, sensors, physical shell systems etc. are the main parts of the electrical systems. Microcontroller is the core of the system. Data carried to microcontroller analysed in this part and converted to movement, marking and sensor systems. Servo motors grants the movement of Markobot. Also gives the exact dimensions with its higher precision systems. Sensors are the main determining systems. Different sensors can be used in Markobot and also they can replace with other sensors in needings. Exact location information, situation of the robot information, precision information, progress information etc. can be analysed by sensors. In this context, sensors are the critical part for the systems.
In the fifth and last part of thesis, results are discussed. The aim of the research and the results of the progress analysed and the future researches decided. Markobot is a non-produced model and this situation brings some disadvantages for the system. A non-produced product has lots of obscurity.With all these unknown problems and advantages a simulation created and results are analysed with this simulation.