Mathematische Modellierung und optimale Abstützung eines Großraummanipulators

Abstract

This work addresses the optimal support of a truck-mounted concrete pump, which is a vehicle that has a foldable boom and is used to deliver concrete at a construction site. The truck-mounted concrete pump is supplied with concrete by a concrete mixer truck. In order to guarantee stability of the machine during the pumping process, the vehicle is lifted by four supports. The state of the art is to control the leveling process of the concrete pump manually and is done by an operator. The aim of this work is to develop a concept for an automated leveling. The main focus is on time efficiency and improving the stability. In order to accomplish this task, a computationally efficient elastic model of the truck-mounted concrete pump is developed, which is able to reflect the real leveling process with sufficient accuracy. Various leveling methods are then analyzed using this model. The model analysis shows that maximum stability can be achieved by balancing the outrigger reaction forces. Based on this result, a control concept is designed to carry out the leveling process and balance the reaction forces. The automation of this process saves a lot of time compared to manual leveling. The results of the work show that a manual leveling of the vehicle does not necessarily lead to optimal stability. The control concept presented in this work, allows to control the outrigger reaction forces in addition to the z-position and the orientation of the vehicle. Simulation results prove that with this control strategy a fast and optimal automatic leveling of the concrete pump is achieved.

In dieser Arbeit wird die optimale Abstützung einer Autobetonpumpe betrachtet. Es handelt sich um ein Fahrzeug, welches einen faltbaren Mast besitzt und zur Lieferung von Beton an eine Baustelle benutzt wird. Die Autobetonpumpe wird von einem Fahrmischer mit Beton versorgt. Um die Standsicherheit der Maschine während des Pumpvorgangs zu garantieren, wird das Fahrzeug mit vier Stützen hochgehoben und ausgerichtet. Der Stand der Technik ist, dass ein Bediener diesen Abstützvorgang manuell vornimmt. Ziel dieser Arbeit ist es ein Konzept zur automatisierten Abstützung zu erarbeiten. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Zeiteffizienz und der Verbesserung der Standfestigkeit. Um diese Aufgabe zu bewältigen, wird als Erstes ein recheneffizientes, elastisches Modell der Autobetonpumpe erarbeitet, welches in der Lage ist den Abstützvorgang mit hinreichender Genauigkeit abzubilden. Anhand dieses Modells werden anschließend verschiedene Abstützmethoden analysiert. Aus der Modellanalyse ergibt sich, dass die maximale Standfestigkeit durch Balancieren der Stützkräfte erreicht werden kann. Mit dieser Erkenntnis wird ein Regelkreis entworfen, der den Abstützvorgang durchführt und dabei die Stützkräfte ausgleicht. Die Automatisierung dieses Prozesses bringt im Vergleich zur manuellen Abstützung eine deutliche Zeitersparnis. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen weiterhin, dass ein manuelles, waagerechtes Abstützen des Fahrzeugs nicht notwendigerweise zu optimaler Standfestigkeit führt. Der eingesetzte Regelkreis, welcher neben der Höhe und der Orientierung des Fahrzeugs auch die Stützkräfte regelt, erlaubt es nun auch die optimale Standfestigkeit zu erreichen.