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Automatisierung eines Turmdrehkrans mit Endeffektor für Handhabungs- und Positionieraufgaben

Von:

Mark Burkhardt

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Während die Produktivität auf Baustellen stagniert, steigt die Nachfrage nach mehr Wohnungsbau und besserer Infrastruktur. Die Vollautomatisierung von Turmdrehkranen bietet Potenzial zur Steigerung von Sicherheit und Umschlagleistung. Diese Dissertation untersucht Automatisierungsfunktionen für die vollständige Automatisierung von Lastaufnahme, -ablage und anschließendem Transport für einen Turmdrehkran, der mit einer unterlagerten Pendeldämpfung und neuartigem Endeffektor ausgestattet ist. Für einen kollisionsfreien Transport vom Start- zum Zielpunkt im lokalen Baustellenkoordinatensystem werden ein Bahnplanungsmodul und ein Trajektoriengenerierungsmodul entwickelt. Die Bahnplanung nutzt ein aus Kameradaten rekonstruiertes Umgebungsmodell, in dem eine optimale Bahn durch eine Graphensuche berechnet wird. Bahnfehler werden dabei durch ein datenbasiertes Regressionsmodell prädiziert und kompensiert. Die Trajektoriengenerierung adressiert sukzessive Geradenbewegungen zwischen Wegpunkten. An den Schnittpunkten der Geraden wird ein zeiteffizientes Verschleifen der Trajektorie durch wiederholtes Lösen eines Optimierungsproblems für die nachfolgende Gerade erreicht. Die Bauteilaufnahme und -ablage erfolgt mithilfe des neuartigen Endeffektors. Die Regelung der Orientierung des Endeffektors als adaptive Zwei-Freiheitsgrade-Struktur schätzt das unbekannte Trägheitsmoment der Last und den Lastschwerpunkt online. Die Automatisierungsfunktionen werden an dem Versuchskran experimentell validiert. Abschließend werden ein kamerabasiertes Positionierungskonzept sowie ein Ablaufsteuerungskonzept zur automatisierten Lastaufnahme und -ablage abgeleitet.