Entwicklung eines Steuerungssystems für eine Laderaupe zur Durchführung vollautomatisierter Ladeprozesse

Die Entwicklung eines Steuerungssystems für eine Laderaupe zur Durchführung vollautomatisierter Ladeprozesse ist ein bedeutendes Thema in der modernen Bauindustrie. Die Automatisierung von Bauprozessen hat sich als entscheidend erwiesen, um Effizienz und Sicherheit auf Baustellen zu erhöhen. In der Einleitung wird die Notwendigkeit der Automatisierung hervorgehoben, um die Arbeitsqualität zu steigern und die Zeit für die Durchführung von Aufgaben zu verkürzen. Die Arbeit zielt darauf ab, ein System zu entwickeln, das die Belade- und Entladevorgänge automatisiert. Dies ist besonders relevant, da viele derzeit verwendete Rad- und Raupenfahrzeuge nicht automatisiert sind. Die Einleitung stellt auch die grundlegenden Ziele der Dissertation vor und skizziert die Struktur des Systems, das in vier Module unterteilt ist: Positionierungsmodul, Trajektorienmodul, Fahrmodul und Werkzeugmodul. Diese Module sind entscheidend für die Implementierung der Automatisierung und die Verbesserung der Effizienz auf Baustellen.

Die Systemarchitektur des Steuerungssystems ist in vier Hauptmodule unterteilt, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Das Positionierungsmodul ist verantwortlich für die Erkennung und Erfassung der Belade- und Entladestationen sowie der Laderaupe selbst. Hierbei kommen bildverarbeitende Robottachymeter zum Einsatz, die mit einem Kameramodul ausgestattet sind. Diese Technologie ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung, die für die nachfolgenden Module von entscheidender Bedeutung ist. Das Trajektorienmodul berechnet die optimale Route für die Laderaupe, basierend auf den erfassten Positionen. Das Fahrmodul steuert die Bewegung der Laderaupe entlang dieser Trajektorie und implementiert adaptive Regelungen, die sich an die Bodenbeschaffenheit anpassen. Schließlich führt das Werkzeugmodul die spezifischen Lade- und Entladeoperationen durch. Diese modulare Struktur ermöglicht eine flexible Anpassung und Erweiterung des Systems, was es zu einer wertvollen Lösung für die Automatisierung im Bauwesen macht.

Die Dissertation hebt mehrere technologische Innovationen hervor, die zur Automatisierung der Laderaupe beitragen. Eine der zentralen Innovationen ist die bildbasierte Positionsbestimmung, die eine präzise Erfassung der Umgebung ermöglicht. Durch den Einsatz von Bildverarbeitungsalgorithmen wie SURF wird die Effizienz der Objekterkennung erheblich gesteigert. Diese Technologien ermöglichen es, die Positionen der Objekte in Echtzeit zu bestimmen und die Laderaupe entsprechend zu steuern. Zudem wird eine adaptive Regelung implementiert, die sich dynamisch an die Fahrbedingungen anpasst. Diese Regelung verbessert die Stabilität und Genauigkeit der Laderaupe während des Betriebs. Die Evaluierung der Systemmodule zeigt, dass die Standardabweichung der Positionsbestimmung unter Laborbedingungen bei nur 7 Millimetern liegt, was die hohe Präzision des Systems unterstreicht. Diese Innovationen sind nicht nur theoretisch von Bedeutung, sondern haben auch praktische Anwendungen in der Bauindustrie, wo Effizienz und Sicherheit von größter Wichtigkeit sind.

Die praktischen Anwendungen des entwickelten Steuerungssystems sind vielfältig. Die Automatisierung von Ladeprozessen kann die Effizienz auf Baustellen erheblich steigern und gleichzeitig die Sicherheit der Arbeiter erhöhen. Durch die Implementierung des Systems können Unternehmen Zeit und Kosten sparen, während die Qualität der Arbeit verbessert wird. Die Dissertation schließt mit einem Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und mögliche Erweiterungen des Systems. Die Integration weiterer Sensoren und die Verbesserung der Algorithmen könnten die Funktionalität des Systems weiter erhöhen. Zudem wird die Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse auf reale Maschinen untersucht, was die Relevanz der Forschung unterstreicht. Insgesamt bietet die Arbeit wertvolle Einblicke in die Entwicklung eines Steuerungssystems und dessen potenzielle Auswirkungen auf die Bauindustrie.