Entwicklung eines intuitiven, zielorientierten Steuerungskonzeptes für Lasthebemaschinen

Lasthebemittel kommen in den unterschiedlichsten industriellen Bereichen zum Einsatz. Häufig erfolgt die Bedienung des Lasthebemittels mit Hilfe einer Funksteuerung, die dem Nutzer ermöglicht, sich relativ zum Hebemittel frei zu positionieren, und so die Bewegung der Last von einer optimalen Position aus zu steuern. Aktuelle Steuerungssysteme verlangen vom Bediener, die gewünschte Bewegung der Last gedanklich auf die notwendigen Bewegungen der einzelnen Antriebe des Hebemittels umzurechnen. Die damit verbundene Mehrfachbelastung erschwert die Manipulation der Last und ist für den Bediener nicht intuitiv. Wünschenswert wäre daher eine Steuerungslösung, welche die hohe Flexibilität durch die Verwendung einer Funksteuerung mit einer intuitiven und zielorientierten Steuerung der Last aus Sicht des Nutzers vereint.

Ausgangssituation

Lasthebemittel verschiedenster Art sind unverzichtbare Hilfsmittel in zahlreichen industriellen Bereichen. Abhängig von der Anwendung kann es sich dabei beispielsweise um ortsfeste Krane (Brückenkrane, Portalkrane, Turmdrehkrane), Fahrzeugkrane (Mobil- und Raupenkrane), Lade- und Entlademittel (LKW-Ladekrane) oder Lastmanipulatoren (Land- und Forstwirtschaft, Hafenumschlag) handeln. Das Bewegen der Last erfolgt üblicherweise durch das direkte Ansteuern einzelner Antriebe wie Drehwerke, Fahrwerke und Hydraulikzylinder über Stellhebel oder Druckknöpfe. Die Gesamtbewegung der Last ergibt sich als Summe der Bewegungen der Einzelantriebe. Demzufolge muss der Bediener die gewünschte Bewegung der Last gedanklich auf die Einzelbewegungen (translatorische und rotatorische Freiheitsgrade des Hebemittels) umrechnen. Viele Hebemittel besitzen eine Funksteuerung, die dem Bediener erlaubt, sich relativ zum Hebemittel frei zu bewegen, und so stets eine optimale Sicht auf die zu transportierende Last zu haben.

Problemstellung

Die Bestimmung der erforderlichen Betätigungsrichtung der Bedienelemente für die gewünschte Lastbewegung erfordert vom Bediener eine gedankliche Umrechnung der Wunsch-Hakenbewegung auf die einzelnen Freiheitsgrade des Hebemittels. Neben der aktuellen Stellung des Hebemittels und der Gerätekinematik muss er bei der Verwendung einer Funksteuerung zusätzlich seine eigene Ausrichtung relativ zum Gerät berücksichtigen. Die damit verbundene Mehrfachbelastung erschwert die Manipulation der Last und ist für den Bediener nicht intuitiv. Dies resultiert oft in zeitaufwendigen Folgen von einzelnen Fahrwegen, bis das Ziel erreicht ist. Zudem steigt durch die unintuitive Handhabung das Risiko von Fehlbedienungen und Schäden. Insbesondere bei Gelegenheitsnutzern, die nur in unregelmäßigen Abständen ein Hebemittel verwenden, oder bei Bedienern, die sich im Umfeld des Hebemittels viel bewegen, zeigt sich hier ein erhebliches Verbesserungspotential aktueller Steuerungslösungen.

Vorgehensweise und Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines intuitiven, zielorientierten Steuerungskonzepts für eine einfache Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Lasthandling mit Hilfe einer tragbaren Fernbedienung, welche automatisch die Position von Last, Maschine und Bediener berücksichtigt. So gibt der Bediener durch Betätigung eines einzelnen Bedienelements die gewünschte Bewegungsrichtung des Hakens vor. Er bewegt den Stellhebel nur von der aktuellen Haken- in Richtung der Zielposition. Das System ermittelt durch die integrierte Sensorik die Ausrichtung des Nutzers und steuert die Antriebe und des Hebemittels so an, dass die Bewegungsrichtung des Hakens der tatsächlich vom Bediener vorgegebenen Richtung des Bedienelements entspricht.

Durch diesen intuitiven Ansatz muss der Bediener nicht mehr gedanklich die Sollbewegung des Hakens auf die einzelnen Antriebe des Hebemittels umrechnen und kann sich ganz auf seine Transport- und Ladeaufgaben konzentrieren. Die Sicherheit steigt durch die erhöhte Konzentration auf Kollisionsvermeidung sowie auf die Detektion von Personen im Gefahrenbereich. Gleichzeitig sinkt die Umschlagszeit.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird das Bedienkonzept nach ergonomischen und steuerungstechnischen Gesichtspunkten entwickelt und im Anschluss in einem Demonstrator vorwettbewerblich umgesetzt. Somit steht am Ende des Projekts eine Steuerungsmöglichkeit inklusive Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Verfügung, welche Transport, Umschlag und Handling von Lasten aller Art erheblich vereinfacht und damit Logistikprozesse branchenübergreifend nachhaltig verbessert. Lasttransporte werden einfacher, schneller und sicherer.

Demonstrator am Lehrstuhl fml

Die intuitive Laststeuerung eignet sich grundsätzlich für alle teleoperierten Hebemittel. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde sie exemplarisch an einem stationären Ladekran umgesetzt. Ladekrane weisen typischerweise eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden (4 bis 7 Antriebe) auf. In der überwiegenden Zahl der Fälle erfolgt die Bedienung mit Hilfe einer Funksteuerung. Die Bediener sind oft keine Vollzeit-Kranfahrer, sondern Gelegenheitsbediener. Aus diesen Gründen eignet sich der Ladekran hervorragend für die Umsetzung des Konzepts und verspricht eine deutliche Verbesserung der aktuellen Steuerungssituation.

Der Demonstrator-Ladekran kann nach Rücksprache gerne besichtigt werden, um die intuitive Laststeuerung selbst zu testen.

Forschungspartner

  • Lehrstuhl für Ergonomie

Projektpartner

  • FIPA GmbH
  • HBC-radiomatic GmbH
  • Max Bögl Transport und Geräte GmbH
  • Palfinger AG
  • Rösler Software-Technik Entwicklungs- und Vertriebs GmbH
  • Vemcon GmbH
  • Verband der Baubranche, Umwelt- und Maschinentechnik (VDBUM) e.V.
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Förderung

Dieses Forschungsprojekt wird im Auftrag der Forschungsgemeinschaft Bundesvereinigung Logistik e.V. (BVL) durchgeführt und aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert.

Ansprechpartner

Felix Top, M.Sc.