Zeitoptimaler Aufbau einer mobilen Betonpumpe

Projektbeschreibung

Betonpumpen werden auf Baustellen eingesetzt um Beton vom Mischfahrzeug zur Schalung zu transportieren. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Pumpe sowie einem Ausleger mit der darauf angebrachten Betonleitung, siehe Abb. 1. Um große Reichweiten zu erzielen (bis ca. 60 m) und gleichzeitig den Transport auf einem LKW zu ermöglichen, zeichnen sich die Ausleger von Betonpumpen durch einen ausgeprägten Leichtbau aus.  Durch die komplexe Kinematik mit bis zu 6 unabhängigek Gelenken und der großen Arbeitsräume ist ein optimaler, manueller Betrieb vom Menschen kognitiv unmöglich.

Einsatz der Betonpumpe auf einer Baustelle.

Im Stand der Technik werden die Verfahrgeschwindigkeiten von solchen Auslegersystemen stark eingeschränkt um die Sicherheit zu gewährleisten und die Aus- und Einfaltbewegung erfolgt schrittweise bei gleichzeitiger Bewegung von maximal 2-3 Gelenken. Weiterhin erfordert die Bedienung einer Betonpumpe erfahrenes Bedienpersonal. Die Entwicklungen im Off-Highway Bereich der letzten Jahre zeigen einen deutlichen Zuwachs an immer komplexer werdenden Assistenz- und Sicherheitssystemen, die das Bedienpersonal bei der Arbeit aktiv im Hinblick auf verbesserten Bedienkomfort unterstützen und eine erhöhte Sicherheit automatisierter Prozesse ermöglichen.

Projektschwerpunkte

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein System entwickelt um zeitoptimale, kollisionsfreie Bewegungen für den Ausleger der Betonpumpe zu berechnen. Die berechneten Bewegungen berücksichtigen neben den technischen Beschränkungen der Gelenkswinkel und Gelenkswinkelgeschwindigkeiten ebenfalls gesetzliche Rahmenbedingungen im Sinne maximaler kartesischer Geschwindigkeiten systematisch. Weiters wird im Falle einer nicht vollständigen Abstützung mit Hilfe der Stützbeinen (z.B. aufgrund von mangelndem Platz an der Baustelle), der Arbeitsbereich der Maschine systematisch beschränkt. Das entwickelte Konzept wurde an einer realen Maschine mit 5 unabhängigen Drehgelenken validiert.

Ausgewählte Publikationen

• J. Henikl, W. Kemmetmüller, and A. Kugi, Estimation and control of the tool center point of a mobile concrete pump, Automation in Construction, vol. 61, p. 112–123, 2016.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Henikl16,
  Title = {Estimation and control of the tool center point of a mobile concrete pump},
  Author = {Henikl, J. and Kemmetm\"uller, W. and Kugi, A.},
  Journal = {Automation in Construction},
  Pages = {112--123},
  Volume = {61},
  Year = {2016},
  Doi = {10.1016/j.autcon.2015.10.005},
  ISSN = {0926-5805},
  }

• J. Henikl, W. Kemmetmüller, T. Meurer, and A. Kugi, Infinite-dimensional decentralized damping control of large-scale manipulators with hydraulic actuation, Automatica, vol. 63, p. 101–115, 2016.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Henikl16a,
  Title = {Infinite-dimensional decentralized damping control of large-scale manipulators with hydraulic actuation},
  Author = {Henikl, J. and Kemmetm\"uller, W. and Meurer, T. and Kugi, A.},
  Journal = {Automatica},
  Pages = {101--115},
  Volume = {63},
  Year = {2016},
  Doi = {10.1016/j.automatica.2015.10.024},
  ISSN = {0005-1098},
  }

• J. Henikl, W. Kemmetmüller, M. Bader, and A. Kugi, Modeling, Simulation and Identification of a Mobile Concrete Pump, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, vol. 21, iss. 2, p. 180–201, 2015.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Henikl14,
  Title = {Modeling, Simulation and Identification of a Mobile Concrete Pump},
  Author = {Henikl, J. and Kemmetm\"uller, W. and Bader, M. and Kugi, A.},
  Journal = {Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems},
  Pages = {180--201},
  Volume = {21},
  Year = {2015},
  Number = {2},
  Doi = {10.1080/13873954.2014.926277},
  }

• M. Meiringer, A. Kugi, and K. W., Time-optimal fold out of large-scale manipulators with obstacle avoidance, in Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems NOLCOS 2019, Vienna, Austria, 2019, pp. 114-119.
  [BibTex]

  @InProceedings{Meiringer2019,
  author = {Meiringer, M. and Kugi, A. and Kemmetm\"uller W.},
  title = {Time-optimal fold out of large-scale manipulators with obstacle avoidance},
  booktitle = {Proceedings of the 11th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems NOLCOS 2019},
  year = {2019},
  volume = {52},
  number = {16},
  month = {9},
  pages = {114-119},
  doi = {10.1016/j.ifacol.2019.11.765},
  address = {Vienna, Austria},
  issn = {2405-8963},
  }

• W. Kemmetmüller, M. Meiringer, V. Platzgummer, and A. Kugi, Optimale Abstützung eines mobilen Großraummanipulators, at – Automatisierungstechnik, vol. 69, iss. 9, p. 782–794, 2021.
  [BibTex]

  @Article{Kemmetmueller2021,
  author = {Wolfgang Kemmetmüller and Martin Meiringer and Valentin Platzgummer and Andreas Kugi},
  title = {Optimale Abstützung eines mobilen Großraummanipulators},
  doi = {doi:10.1515/auto-2021-0052},
  number = {9},
  pages = {782--794},
  url = {https://doi.org/10.1515/auto-2021-0052},
  volume = {69},
  journal = {at -- Automatisierungstechnik},
  year = {2021},
  }

• M. Meiringer, A. Kugi, and W. Kemmetmüller, Modelling and calibration of a five link elastic boom of a mobile concrete pump, Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, vol. 29, iss. 1, p. 41–68, 2023.
  [BibTex] [Download]

  @Article{Meiringer2023,
  author = {M. Meiringer and A. Kugi and W. Kemmetm\"uller},
  title = {Modelling and calibration of a five link elastic boom of a mobile concrete pump},
  doi = {10.1080/13873954.2023.2177311},
  number = {1},
  pages = {41--68},
  volume = {29},
  journal = {Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems},
  year = {2023},
  }

• M. Meiringer, A. Kugi, and W. Kemmetmüller, Semi-autonomous operation of a mobile concrete pump, Automation in Construction, vol. 156, p. 105079, 2023.
  [BibTex]

  @Article{Meiringer2023a,
  author = {Meiringer, M. and Kugi, A. and Kemmetm\"uller, W.},
  title = {Semi-autonomous operation of a mobile concrete pump},
  doi = {10.1016/j.autcon.2023.105079},
  pages = {105079},
  volume = {156},
  journal = {Automation in Construction},
  year = {2023},
  }