Regelung eines Baggerarms

Auch bei Baumaschinen geht der Trend hin zu Assistenzsystemen, die den Fahrer unterstützen und damit entlasten oder sogar zur (Teil-)Automatisierung, bei der bestimmte Arbeitsschritte komplett von einer intelligenten Steuerung übernommen werden. Um solche intelligenten Assistenten zu ermöglichen, müssen alle Gelenke des hydraulischen Wunderwerks elektronisch ansteuerbar sein. Dann ist eine übergeordnete Steuerung in der Lage, die Gelenke gegeneinander zu koordinieren und passend anzusteuern.

Im Projekt „Autonomer Mobilbagger“ (AMoBa) wurde eine mobiler Hydraulikbagger der Firma Volvo Construction Equipment, mit einer elektronischen Ansteuerung und Regelung ausgestattet. THOR (Terraforming Heavy Outdoor Robot), wie das 18t-Ungetüm genannt wird, wurde dann dazu genutzt, Algorithmen für die verteilte Regelung eines Baggerarms zu entwickeln und zu optimieren. Auf Basis des elektrifizierten Prototypen werden am Robotics Research Lab der TU Kaiserslautern Forschungsarbeiten zum Thema Umfelderkennung und Autonomous Landscaping durchgeführt. Dabei wird das langfristige Ziel verfolgt, den Roboter autonom Landschaftsformungsaufgaben durchführen zu lassen.

"Autonomer Mobilebagger" (AMoBA)

Technische Daten des Fahrzeugs

VOLVO EW-180B (Herstellerdatenblatt)

Breite 2550 mm
Länge 8720 mm
Höhe 3170 mm
Gewicht 18000 kg
Losbrechkräfte 100 kN
Freiheitsgrade Oberwagen/Arm 7
Freiheitsgrade Unterwagen/Antrieb 3
Antriebsart Räder: hydrostatischer Radantrieb
Arm: Hydraulikzylinder
Oberhaus: Hydraulikmotor
Motorisierung Sechs-Zylinder-Volvomotor (160 PS)

Eingesetzte Technologie der Robot Makers GmbH

Modular Control System – Hydraulic Controller

Im Rahmen der Aufrüstung des 18t-Mobilbaggers wurde der erste Prototyp des heutigen Modular Control System – Hydraulic Controller eingesetzt. Aufgrund der Anforderungen an eine hochsynchrone Ansteuerung aller Gelenke, konnte nicht auf eine marktübliche Komponente zurückgegriffen werden. Deshalb wurde eine neue modulare Elektroniklinie entwickelt, die zur Kommunikation auf ein modernes Industrial-Ethernet-Bus-System zurückgreift. Zur Bestimmung der jeweiligen Gelenkspositionen sind alle Gelenke mit hochauflösenden Linear- und Drehencodern ausgestattet, die Ihre Informationen über die digitale SSI-Schnittstelle an die beiden Hydraulikregler übergeben. Die Ansteuerung der Aktuatoren erfolgt dabei über die direkt an den Endstufen des Hydraulic Controller angeschlossenen Proportionalventile. Direkt auf dem FPGA des Hydraulic Controlles findet eine Positionsregelung der einzelnen Achsen statt. Zusammen mit der übergeordneten Steuerung, einem Steuerrechner der TU Kaiserslautern mit Finroc, wird somit eine Positionsregelung des gesamten Armes auf Basis des Tool-Center-Points ermöglicht.

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