Über die automatisierte Herstellung funktional gradierter Betonbauteile

Diese Schrift befasst sich mit der Konzeption eines baustellentauglichen Herstellungsprozesses für eine spezielle Art von Leichtbau-Betonbauteilen. Diese bestehen aus Betonhohlkugeln, welche in die Bauteilform eingelegt und anschließend umgossen werden. Für das Einlegen der Hohlkugeln wird ein konventioneller hydraulischer Manipulator verwendet, der mit einem Kamerasystem und einem Vakuumgreifer ausgestattet wird. Die Arbeit beschreibt zunächst eine Automatisierung des Greifprozesses. Mittels eines KI-Ansatzes werden die Hohlkugeln durch die Kamera detektiert und lokalisiert. Parallel wird eine Umgebungskarte mit den Tiefendaten aufgebaut, sowie ein Explorationsalgorithmus für unbekannte Umgebungen abgeleitet. Die Planung der einzelnen Greifschritte geschieht optimierungsbasiert. Für die Planung der Trajektorien für den Manipulator wird eine Optimalsteuerung verwendet, die Platzierung geschieht durch eine kinematische Posenregelung. Für die Betonage wird ein Pumpsystem entwickelt und automatisiert. Dieses besteht aus einer konventionellen, hydraulischen Betonpumpe, welche eine Extrusionseinheit versorgt. Das Gesamtsystem wird modelliert, und es werden unterlagerte Regelkreise für die Hydrauliksteuerung und Nachschubversorgung der Extrusionseinheit abgeleitet. Für die Aufgabenplanung wird eine neue Pfadplanungsmethodik zur dichten Abdeckung von Flächen mittels hamiltonschen Triangulation abgeleitet. Die Fertigung wird letztlich als Pfadsynchronisationsproblem formuliert, zu dessen Durchführung eine neue Methodik, basierend auf einer Pfaddynamikgleichung abgeleitet wird. Der Gesamtprozess der Herstellung wird simulativ und experimentell validiert.