Förderprojekt ARTUS

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Dynamische Fahrzeugregelung von knickgelenkten Bergbaufahrzeugen auf Basis von robusten Navigationsansätzen

 

Motivation

In Zukunft vollzieht die europäische Rohstoffindustrie aus Gründen der Ressourcen- und Umweltschonung einen zunehmenden Wandel vom Tagebaubetrieb zum untertägigen Bergbau. Um die Wirtschaftlichkeitsgrenze zu reduzieren, ist der Mischbetrieb, sprich ein unter- und übertägiger Abbau in hybrider Form, eine Betriebsweise ohne hemmende Großinvestitionen. Zur Erhöhung der Produktivität, Zuverlässigkeit und Sicherheit in einem hybriden Bergbauprozess, sollen autonome Transporteinheiten entwickelt und umgesetzt werden. Durch den autonomen Betrieb soll die Unfallrate gesenkt und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Das Projekt ARTUS (Autonomes robustes Transportsystem für hybride umweltschonende Rohstoffgewinnung auf Basis knickgelenkter Sonderfahrzeuge) trägt damit zu besseren Arbeitszeiten, erhöhter Effizienz und einer längeren Lebensdauer von Bergbaumaschinen bei.

 

Projektziele und Methoden

Projektziel ist die Entwicklung einer autonomen, vernetzten Muldenkipperflotte im hybriden Bergbaubetrieb (Betrieb unter und über Tage). Das Institut für Regelungstechnik, kurz IRT, verantwortet dabei die dynamische Fahrzeugregelung der knickgelenkten Bergbaufahrzeuge, sowie die robuste hochgenaue Lokalisierung über Tage, inklusive nahtlosem Übergang zum unter Tage Betrieb. Dafür werden mittels intelligenter Fusionsalgorithmen Fahrzeugsensordaten mit Satellitensignalen kombiniert. Mit Hilfe von Algorithmen zur Integritätsbewertung werden gestörte Satellitensignale erkannt und von weiteren Berechnungen ausgeschlossen. Die Integritätsbewertung ist ein zentraler Bestandteil der Lokalisierung und von übergeordneter Bedeutung in Bergwerken. Große Abbautiefen und steile Abbruchkanten sorgen für eine Teilabschattung, wodurch nur eine eingeschränkte Anzahl an Satelliten empfangen werden kann. Eine zentrale Koordinationseinheit bestimmt mit Hilfe einer nichtlineareren Optimierung sichere und effiziente Trajektorien für alle Muldenkipper. Auf Fahrzeugebene halten robuste, fehlertolerante Regler die Fahrzeuge auf den vorgegebenen Trajektorien. Dazu werden in realen Bergwerkfahrzeugen Schnittstellen zur Fahrzeugsteuerung implementiert, so dass ein autonomer Betrieb der Fahrzeuge möglich wird. Zusätzlich erfolgt eine umfangreiche Erfassung der Fahrzeugumgebung, um Kollisionen mit Hindernissen zu vermeiden. Hindernisse und Abbruchkanten werden mit LiDAR und Radar identifiziert und der Trajektorienoptimierung zugeführt. Die Umsetzung und Erprobung der Ansätze erfolgt in einer realen Bergbauumgebung.

 

Innovationen und Perspektiven

Die Entwicklung einer robusten und sicheren Lokalisierung für die Fahrzeugautomatisierung im Bergwerk ist eine Herausforderung. Die Schwierigkeit liegt hierbei in der Struktur eines Bergwerks und dem permanent eingeschränkten Empfang von Satellitensignalen. Eine weitere technische Herausforderung im Projekt liegt in der nahtlosen Umschaltung zwischen der Übertagelokalisierung und der Untertagelokalisierung. Des Weiteren stellen wechselnde Fahrbahnverhältnisse mit zum Beispiel losem Untergrund, das sich permanent ändernde Bergbauumfeld, stark variierenden Beladungszustände und insbesondere die Kinematik der knickgelenkten Fahrzeuge hohe Anforderungen an die Fahrzeugregelung dar, die das Fahrzeug bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten sicher führen muss.

 

Projektpartner

Assoziierte Partner

indurad GmbH: Konsortialführer, Radarsensortechnologie für den Kollisionsschutz in der Bergbau- und Rohstoffindustrie RWTH Aachen, AMT - Institute for Advanced Mining Technologies: Digitalisierung von Bergbaumaschinen Fritz Rensmann GmbH & Co KG: Hersteller von Sonderfahrzeugen für die Rohstoffindustrie GHH Fahrzeuge GmbH: Entwicklung von knickgelenkten Muldenkippern talpasolutions GmbH: Datenanalyse XGraphic Ingenieurgesellschaft mbH: Interaktive Prozessdatenvisualisierung FH Aachen, MASKOR - Mobile Autonome Systeme und Kognitive Robotik: Umgebungswahrnehmung und Steuerung mobiler autonomer Systeme

Maxit Baustoffwerke GmbH Rheinkalk GmbH