Entwicklung eines intuitiven Steuerungskonzepts für Lasthebemaschinen

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines intuitiven Steuerungskonzepts für Krane mittels einer tragbaren Fernbedienung: die intuitive Laststeuerung. Der Geräteführer steuert die Maschine in Abhängigkeit seiner eigenen Orientierung. Die Bewegung eines Stellhebels in Richtung der gewünschten Zielposition führt zu einer Lastbewegung in die vorgegebene Richtung bei gleichzeitiger Wirkung mehrerer Antriebe.
Es existiert bisher keine intuitive, funkbasierte Eingabemöglichkeit, die sich generell bei allen Arten von industriellen Lasthebemitteln robust und effizient einsetzen lässt und die gleichzeitig die ergonomischen Nachteile bisheriger Freiheitsgrad-Steuerungen hinsichtlich Kompatibiliät, Gebrauchstauglichkeit und Intuitivität behebt. Im Rahmen der ergonomischen Auslegung der intuitiven Laststeuerung wurde in diesem Forschungsvorhaben die Benutzereingabe mit Hilfe von Joysticks als Lösung für die Umsetzung der intuitiven Laststeuerung identifiziert und das Potenzial mit einer Online-Studie erfolgreich evaluiert. Darauf aufbauend wurde die intuitive Laststeuerung technisch umgesetzt und an einem stationären Ladekran am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München in Garching appliziert. Hierfür wurden ein Eingabegerät nach ergonomischen Vorgaben konfiguriert sowie notwendige Sensorikkonzepte zur Messung der Bedienerorientierung (MEMS-Inertialsensoren) und Hakenposition (Drehgeber, Seilzuggeber an den Krangelenken) entwickelt. Ferner wurde eine inverse Kinematik aus dem Bereich der Robotik für den Einsatz am Kran modifiziert, um von der gewünschten Hakenbewegungen auf die notwendigen Gelenkbewegungen umrechnen zu können. Ein passendes Regelungskonzept sichert die exakte Ansteuerung der Gelenke auch bei äußeren Störungen. %Die Hakenbewegung erfolgt zu jedem Zeitpunkt parallel zur Joystickbewegung, unabhängig von Position und Orientierung des Bedieners.
Die ergonomische Evaluation der intuitiven Laststeuerung belegt die Potenziale des neuen Konzepts. Hierfür wurde eine Probandenstudie durchgeführt, in der die herkömmliche Steuerung mit der intuitiven Laststeuerung verglichen wurde. Vor allem für Novizen bietet die intuitive Laststeuerung entscheidende Vorteile in der Ablagegenauigkeit und Bedienzeit. In der subjektiven Einschätzung ist sie sowohl für Novizen als auch Experten dem konventionellen Konzept überlegen und wird mit 49:7 für weitere Hebevorgänge gewählt.
Mit der intuitiven Laststeuerung steht somit ein intuitives, industrietaugliches Steuerungskonzept für funkgesteuerte Krane zur Verfügung, das von unterschiedlichen Bedienern – unabhängig von der Vorerfahrung – zur sicheren Steuerung eines Krans verwendet werden kann. Durch die intuitive Laststeuerung wird ein Paradigmenwechsel in der Kransteuerung ermöglicht: Statt wie bisher den Kran zu steuern, steuert der Bediener nun direkt die Last – einfach, schnell und sicher.
Das angestrebte Forschungsziel wurde erreicht.