Zwei Roboter, 352 Schrauben: LASER plant eine Holzdecke im Originalmaßstab

Zwei Roboter bewegen sich auf parallelen Schienen neben einer Holzdecke im Originalmaßstab. Jeder muss Werkzeuge aufnehmen, Druck ausüben und Schrauben eindrehen, ohne mit dem anderen zusammenzustoßen. Der Klebstoff härtet aus, deshalb können einige Aufgaben nicht höflich bis morgen warten.

Dieses Fertigungsproblem behandelt LASER, ein Forschungsrahmen aus dem Jahr 2026, der aus dem Ökosystem des computerbasierten Bauens an der Universität Stuttgart stammt. Der Name steht für Level-Based Asynchronous Scheduling and Execution Regime. Das Team validierte ihn durch die Fertigung einer 2,4 mal 6 Meter großen Holzdecke mit zwei Robotern, 108 koordinierten Teilroutinen und 352 Schrauben.

Die Schrauben sind der einfache Teil. Genau zu wissen, wann zwei Industrieroboter sie setzen können, ist das eigentliche Projekt.

Warum die Arbeit mit mehreren Robotern schwierig wird

Schon ein einzelner Roboter benötigt einen kollisionsfreien Pfad, erreichbare Geometrie, die richtigen Werkzeuge und eine zuverlässige Abfolge. Ein zweiter Roboter macht die Planungsaufgabe um mehr als das Doppelte komplexer, weil die Maschinen sich den Raum teilen und ihre Zeitabläufe gegenseitig beeinflussen.

Die Holzmontage bringt zusätzliche Prozessbedingungen mit sich. Beim demonstrierten Schraubpressklebeverfahren erzeugen die Schrauben einen verteilten Druck, während der Klebstoff die Deckenplatte verbindet. Die Aufgaben müssen innerhalb definierter Zeitfenster ausgeführt werden. Ein verzögerter Vorgang kann die Qualität der Verklebung beeinträchtigen, während eine übervorsichtige Planung das Potenzial paralleler Arbeit verschenkt.

Eine einzige monolithische Optimierung kann mit wachsender Aufgabenanzahl einen hohen Rechenaufwand verursachen. Eine einfache feste Abfolge kann dagegen dazu führen, dass ein Roboter wartet, obwohl sinnvolle Arbeit verfügbar wäre.

Wie LASER die Arbeit organisiert

Die Forschenden formulieren den Prozess als Problem der Constraint-Programmierung und führen „Ebenen“ ein: Gruppen von Aufgaben, die räumlich und zeitlich voneinander getrennt sind. Innerhalb einer Ebene können die Roboter asynchron arbeiten und sich anschließend an einer Barriere synchronisieren, bevor sie zur nächsten wechseln.

Die Ebenenstruktur gewährleistet unter den modellierten Bedingungen konstruktionsbedingt einen kollisionsfreien Betrieb. Sie sorgt außerdem für Robustheit gegenüber Zeitschwankungen, weil die Maschinen nicht jede Bewegung sekundengenau aufeinander abstimmen müssen.

Das Team entwickelte zwei spezialisierte Lösungsstrategien. Eine nutzt iterative zeitliche Relaxation für heterogene Aufgabenfolgen. Die andere wendet eine zweistufige Zerlegung auf homogenere Arbeit an und gleicht die Last zwischen den Robotern aus.

Hier improvisieren keine Roboter wie Jazzmusiker. Das System ähnelt eher einer sorgfältig geschriebenen Partitur, die jedem Spieler eine gewisse Unabhängigkeit gestattet, ohne dass die Schlagzeuggruppe ins Klavier fährt.

Der Nachweis im Originalmaßstab

Die Versuchsdecke ist bedeutsam, weil Baurobotik in kleinen, isolierten Demonstrationen oft gut funktioniert und dann im Produktionsmaßstab Schwierigkeiten bekommt. Hier maß das Versuchsbauteil 2,4 mal 6 Meter — ein Element mit unmittelbarer Bedeutung für Geschossdecken.

Die beiden Roboter waren auf parallelen Linearachsen montiert, wodurch sich ihr Arbeitsbereich vergrößerte. Das System koordinierte 108 Teilroutinen und setzte 352 Schrauben, während es Klebstofffristen und den gemeinsam genutzten Raum berücksichtigte.

Die zugehörige Forschung zu einer Multi-Roboter-Mikrofabrik für das Schraubpresskleben beschreibt einen cyberphysischen Produktionsansatz zur Vorfertigung von Komponenten für ein mehrgeschossiges Holzbausystem. Das umfassendere IntCDC-Projekt zielt auf rasterunabhängige, zweiachsig tragende Deckensysteme mit konzentrierten Auflagern und integriert dabei Tragwerksplanung, Bauphysik, Gebäudetechnik und digitale Fertigung.

Die Roboterplanung ist daher Teil einer größeren Frage zum Gebäudesystem. Automatisierung ist dann nützlich, wenn sie ein geprüftes Bauteil mit statischer, akustischer, brandschutztechnischer und gebäudetechnischer Logik hervorbringt — nicht nur ein eindrucksvolles Zeitraffervideo.

Warum Schraubpresskleben interessant ist

Herkömmliche industrielle Pressanlagen können eine hohe feste Investition erfordern und die Bauteilgeometrie einschränken. Schrauben zur Erzeugung lokalen Drucks können die Produktionsanlagen anpassungsfähiger machen. Ihre robotische Platzierung begegnet zugleich dem Arbeitsaufwand und der Herausforderung, Hunderte Verbindungsmittel gleichmäßig zu montieren.

Der Ansatz benötigt weiterhin technische Kontrolle. Die Wahl des Klebstoffs, die offene Zeit, die Druckverteilung, das Schraubenmuster, die Holzfeuchte und die Fertigungstoleranzen beeinflussen die endgültige Verbindung. Die Roboter führen den Prozess aus; sie beseitigen nicht die Notwendigkeit seiner Validierung.

Ändert sich das Gebäudesystem, muss sich auch der Fertigungsplan ändern. Deshalb ist die Verbindung zwischen computerbasierter Planung und Roboterablaufplanung wichtig.

Was dies für Holzbau-Software bedeutet

Die meisten Anwendungen für die Holzbauplanung enden vor der Roboterbewegung. Sie erzeugen Geometrie, Zeichnungen und vielleicht Maschinendateien. LASER zeigt die nächste Informationsschicht: Aufgaben besitzen Dauer, Abhängigkeiten, Fristen, Werkzeuge, räumliche Hüllen und Kollisionsbeziehungen.

Ein fertigungsreifes Bauteil benötigt daher möglicherweise mehr als eine Liste von Bohrungen. Es benötigt einen ausführbaren Montageplan.

Für eine Plattform wie FrameVerk lautet die relevante Lehre nicht, zwei animierte Robotersymbole in die Benutzeroberfläche einzubauen. Es geht darum, die Fertigungssemantik vom Modell an zu bewahren. Eine Schraube hat eine Position, einen Typ und einen Zweck. Ein Klebevorgang hat eine Fläche und ein Zeitfenster. Eine Platte hat eine Montagefolge und einen geprüften Zustand.

Diese Informationen können automatisierte Prüfungen ermöglichen, noch bevor eine Fabrik mehrere Roboter besitzt. Sie können Arbeitsanweisungen, Taktplanung und Qualitätsaufzeichnungen für eine von Menschen ausgeführte Produktion verbessern.

Die Grenzen der Demonstration

LASER ist Forschung und keine Behauptung, dass jeder Holzbaubetrieb sofort zwei Roboter installieren sollte. Der demonstrierte Prozess betrifft ein bestimmtes Deckensystem und eine kontrollierte Fertigungsumgebung. In realen Fabriken müssen zudem Materialschwankungen, Wartung, Arbeitssicherheit, Lieferunterbrechungen und Produktzertifizierung berücksichtigt werden.

Die Ablaufplanung ist nur so vertrauenswürdig wie ihre Geometrie, Zeitdaten und Randbedingungen. Unerwartete Hindernisse, Werkzeugverschleiß oder ein falsch positioniertes Werkstück können Sensor- und Wiederherstellungsstrategien erfordern, die über einen Offline-Plan hinausgehen.

Der wirtschaftliche Wert hängt auch von Produktionsvolumen und Varianz ab. Eine hochautomatisierte Zelle kann bei wiederholbaren Komponenten leistungsfähig sein, während ein kleinerer Betrieb möglicherweise stärker von einfacheren CNC-Maschinen und besserer digitaler Koordination profitiert.

Von der Roboterchoreografie zur Gebäudelieferung

Die Bedeutung von LASER liegt darin, die Fertigung mit mehreren Robotern unter bauspezifischen Einschränkungen beherrschbar zu machen. Das System behandelt Roboter nicht als isolierte Maschinen, sondern als Beteiligte an einem zeitlich gesteuerten Materialprozess.

Die Deckenplatte im Originalmaßstab liefert der Forschung eine einprägsame Zahl: 352 Schrauben. Die tiefere Leistung besteht in der kollisionsfreien Koordination von 108 Teilroutinen, während die Fristen des Klebstoffs weiterliefen.

Der Holzbau gilt oft als für die Automatisierung geeignet, weil die Komponenten leicht und gut bearbeitbar sind. LASER zeigt, dass diese Eignung nicht genügt. Die Produktion benötigt eine Planungslogik, die Raum, Zeit und das Gebäudesystem gleichzeitig versteht.

Wenn diese Ebenen verbunden sind, kann ein digitales Modell mehr als eine Zeichnung werden. Es kann zu einem Fertigungsplan werden, der genau genug ist, damit zwei Roboter ihn teilen können — und idealerweise so genau, dass keiner der Roboter dem Architekten die Schuld geben muss.

Quellen: Huang et al., „LASER: Level-Based Asynchronous Scheduling and Execution Regime for Spatiotemporally Constrained Multi-Robot Timber Manufacturing“, 21. März 2026: https://arxiv.org/abs/2603.20577

Construction Robotics, „Constraint to capability: a multi-robot screw-press gluing micro-factory for scalable and efficient multi-story timber slab assembly“, 2026: https://link.springer.com/article/10.1007/s41693-026-00190-4

University of Stuttgart IntCDC, „Multi-Storey Wood Building System“: https://www.intcdc.uni-stuttgart.de/research/research-projects/rp-3/