Intelligente Ansätze zur Baukranautomatisierung für kollaborative Baustellenprozesse

Das Projekt „Autonomer, kollaborativer Baukran“ entwickelt ein Automatisierungskonzept für Baukräne, das einen sicheren und autonomen Betrieb auf Baustellen ermöglichen soll. Ausgangspunkt ist der hohe manuelle Bedienaufwand heutiger Baukräne sowie die Herausforderung dynamischer Baustellenumgebungen mit wechselnden Personen-, Material- und Maschinenbewegungen. Ziel ist ein prototypischer Konzeptnachweis, bei dem ein Baukran Arbeitsaufträge selbstständig ausführt, sein Umfeld kontinuierlich erfasst und direkt mit dem Bodenpersonal interagiert. Den technischen Kern bildet ein integriertes System aus mehreren, sich ergänzenden Sensorsystemen. Hierzu zählen insbesondere Kameras, LiDAR- und Inertialsensoren, die unterschiedliche Informationen über den Zustand des Krans, die Position der Last und die Umgebung der Baustelle bereitstellen. Diese Messdaten werden nicht isoliert betrachtet, sondern durch Verfahren der Sensorfusion zusammengeführt und zu einem konsistenten Lagebild verarbeitet. Auf dieser Grundlage sollen Personen, Hindernisse, Lastbewegungen und relevante Kranzustände in Echtzeit erkannt und für die nachfolgende Steuerung nutzbar gemacht werden. Aufbauend auf der Situationserfassung werden modellprädiktive Regelungsverfahren mit Control-Barrier-Funktionen kombiniert, um Sicherheitsabstände, zulässige Arbeitsbereiche und Kollisionsvermeidung systematisch in der Berechnung der Kranbewegungen zu berücksichtigen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der intuitiven Zusammenarbeit mit dem Bodenpersonal. Dazu werden visuelle Marker sowie eine sprachbasierte Schnittstelle unter Nutzung eines großen Sprachmodells untersucht. Die Entwicklungen erfolgen in einem echtzeitfähigen 3D-Simulator und an einem physischen Modellkran. Abschließend werden die technische Leistungsfähigkeit und die sicherheitsbezogenen Auswirkungen an realen Kranen validiert und die wirtschaftlichen Potenziale des Gesamtsystems bewertet.