Sind autonome Trucks in Bergwerken und auf Baustellen einsetzbar? Sind sie in der Lage, ihren Weg zu finden, auch wenn sich die Umgebung um sie herum ständig verändert oder die Sichtverhältnisse schwierig sind? Das gemeinsame Projekt von voestalpine, Indurad, Bell und AIT Austrian Institute of Technology beweist, dass wir der Baustelle der Zukunft ein Stück näher sind. Im Kalkwerk der voestalpine haben die Projektpartner erfolgreich einen autonomen Muldenkipper eingesetzt.
Im Kalkbergwerk
Kalk begleitet unseren Alltag. Man benötigt ihn für den Bau, z.B. für Beton, Zement und den Anstrich, in der Stahlproduktion aber auch als Düngemittel und zur Abwasser- und Abgasreinigung. Wir finden ihn beispielsweise in Kosmetika, Arzeimittel und Gegenständen des täglichen Bedarfs.
Das Kalkwerk Steyrling der voestalpine Stahl GmbH nahe des oberösterreichischen Kirchdorf an der Krems baut jährlich mehrere 100.000 Tonnen dieses vielseitig benötigten Rohstoffes ab. Die Kalksteingewinnung erfolgt konventionell mittels Sprengung. Die herausgelösten Gesteinsbrocken, das sog. Hauwerk wird zur weiteren Zerkleinerung in eine Vorbrechanlage gebracht. Über Schächte gelangt das Material ins Tal, wo es der weiteren Verarbeitung zugeführt wird.
Auf einer Terrasse des Bergbaubetriebs transportiert ein knickgelenkter Muldenkipper den abgesprengten Kalk zur Vorbrechanlage. Unbeeindruckt von Staubwolken nach der Sprengung und dem am Berg häufig vorherrschenden, dichten Nebel steuert er seinen nächsten Zielpunkt an, manövriert, positioniert sich und kippt das Gut in den vorgesehen Behälter. Doch erst bei genauem Hinsehen erkennt man, dass der Truck fahrerlos ist.
itruck von Indurad; Kooperation Indurad/ Bell/ Voestalpine/ AIT; Videorelease Voestalpine 2021.
"Autonome Arbeitsmaschinen sollen uns Menschen montone und gefährliche Arbeiten abnehmen und Engpässen im Bauwesen entgegenwirken."
Andreas Vrabl, Leiter des AIT Centers for Vision, Automation & Control
Mit dem hier eingesetzten Muldenkipper räumen die Projektpartner voestalpine, Indurad, Bell und AIT Austrian Institute of Technology mit der weitverbreiteten Meinung auf, dass autonome Arbeitsmaschinen kaum in der Lage sein werden, sich in Umgebungen zurecht zu finden, die sich ständig verändern – wie zum Beispiel auf einer Baustelle oder einem Bergbaubetrieb. Das Projekt zeigt auch, dass autonome Fahrzeuge Hindernissen ausweichen können und ihren Weg finden - auch bei schwierigen Sichtverhältnissen.
Robuste Radarsysteme
„Am AIT Center for Vision, Automation & Control beschäftigen wir uns mit autonomen Fahrzeugen und Arbeitsmaschinen. Gerade auf Baustellen oder wie hier im Bergbau ist die Arbeitsumgebung oft rau. Schmutz, Staub und Witterung machen den Sensoren zu schaffen, die für das richtige Sehen der Maschinen verantwortlich sind. Basierend auf unseren bisherigen Forschungen haben wir Algorithmen weiterentwickelt, die wir vorwiegend für optische Sensoren (wie in Kameras, LIDAR) angewendet haben. Nun setzen wir diese in abgewandelter Form auch für robuste Radarsensoren ein,“ so Manfred Gruber, Leiter der Forschungsgruppe Assistive & Autonomous Systems am AIT.
Damit das Fahrzeug den Weg durch das Baugelände findet und es dynamisch auf die gegebene Situation reagiert, braucht es ein zuverlässiges 3D Modell der Umgebung. Algorithmen im Inneren übernehmen diese Aufgabe. Basierend auf den Sensordaten erstellen, interpretieren und aktualisieren sie die 3D Umgebungskarte in Echtzeit und bestimmen die aktuelle Position des Fahrzeugs. „Die 3D Umgebungsmodellierung mit Sensordaten von bildgebenden Radarsystemen ist die Basis für die autonome Pfadplanung des Fahrzeugs. Für die präzise Positionsbestimmung des Fahrzeugs in Echtzeit haben wir die Daten unterschiedlicher Sensorsysteme fusioniert. Nur so können Sicherheit und Produktivität gewährleistet bleiben“, erklärt Christian Zinner, Experte für assistive & autonome Systeme am AIT Center for Vision, Automation & Control.
Die Assistive & Autonomous Systems Forschungsgruppe am AIT um Manfred Gruber hat bereits in der Vergangenheit intelligente Assistenzsysteme für Straßenbahnen entwickelt, die heute weltweit zum Einsatz kommen und inzwischen standardmäßig in den Straßenbahnen der Firma Bombardier eingebaut werden. Die darin intergrierten Sensorsysteme scannen die Umgebung laufend ab und vergleichen die Daten mit der Eigenposition der Bahn. Droht die Gefahr einer Kollision, warnt das System den/die Fahrer*in und leitet gegebenenfalls selbständig den Bremsvorgang ein.
Derzeit arbeitet die Forschungsgruppe unter Anderem an der Entwicklung von Assistenzsystemen für Geländewagen sowie an automatisierten Maschinen, die im Transport- und Logistikbereich Lade- und Entladevorgänge durchführen.
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Voest Alpine Stahl GmbH Kalkwerk Steyrling
AIT Center for Vision, Automation & Control
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