UPNS4D+: Autonome Roboter erkunden und fördern mineralische Rohstoffe

Das Projektteam von „UPNS4D+“ entwickelt eine Technologie, mit der sich mineralische Rohstoffe hochselektiv erkunden und sicher gewinnen lassen. Seine Innovation: Intelligente, autonome Roboter-Fahrzeuge mit Multi- Sensoren. Diese Technologie eignet sich vor allem für den wirtschaftlichen Betrieb kleinerer Minen. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Ausgangspunkt Kartierungssystem

“UPNS4D+” steht für “Underground 4D+ Positioning, Navigation and Mapping System“. Der Titel umfasst das komplexe System in wenigen Worten: Die Roboter- Fahrzeuge lassen sich genau innerhalb einer Lagerstätte positionieren, sie navigieren zudem autonom (3D). In Echtzeit (4D) liefert ihre Sensorik geometrische und geologische Daten an entsprechende Kartierungs-Software, die sich fortschreiben lässt (4D+).

Erkundungsfahrzeuge

Erkundungsfahrzeuge, die intelligent und autonom agieren - Voraussetzung für die Erkundung und Gewinnung mineralischer Rohstoffe.

indurad GmbH (links), IMR, RWTH Aachen (rechts)

Dabei handelt es sich um zwei autonome Fahrzeug-Typen: Ein kleinerer Erkundungs-Roboter erfasst Rohstoffe und örtliche Bedingungen. Ein größerer Roboter, gespeist mit diesen Daten, baut die erfassten Ressourcen ab. Gemeinsam ist das selbststeuernde Duo ein sicheres, effizientes System.

Das Gesamtprojekt, an dem Wissenschaftler, Ingenieure und IT-Spezialisten aus zehn Forschungseinrichtungen und Unternehmen beteiligt sind, ist aufgeteilt in eine Erkundungs-, eine Planungs- und eine Produktionsphase. Während der Erkundungsphase werden weitgehend unbekannte Areale eines Bergwerks vom kleineren Roboter teilautonom erfasst und dem Markscheidewesen zur Bewertung und Planung zugeführt. Das Resultat fließt in ein Kartierungssystem ein. Mit Hilfe der exakten Kartierung kann der Abbau durch die autonomen Schlepp- Lader sowie die Nacherkundung des Areals durch die autonomen Roboter geplant werden.

Dafür entwickelt das Team während des dreijährigen Projekts zunächst geeignete Kartierungsverfahren. Diese umfassen eine hochdimensionale Kartierung, mit denen die Profis des Markscheidewesens verlässlich arbeiten können. Darin sind spezifische Eigenheiten der Lagerstätten sowie ihre charakteristische Merkmale verzeichnet. Sie können von den Umfeld-Radaren der Abbaumaschinen schnell erfasst werden

Sicher in neuer Umgebung

Bergwerk unter dem Scanner

Bergwerk unter dem Scanner: Punktwolke eines Tunnels.

MASCOR Institut, FH Aachen

Die Roboter selbst entstehen durch permanente Weiterentwicklung. Sie sind mit optischen und radarbasierten Sensoren ausgestattet. Diese Sensoren sind gegenüber anfallendem Schmutz und Staub weitgehend unempfindlich – das macht sie für die autonome Navigation und Erfassung besonders geeignet. Zur schnellen Positionierung und autonomen Navigation nutzen sie die gewonnen Daten der Kartierungen. Ihre 3D-Erfassung des näheren Umfelds mithilfe eines Radars erlaubt zudem, auch unverhofften Hindernissen auszuweichen. Ein Lifecycle-Management integriert die neu erfassten Bedingungen. Der verantwortliche Markscheider kann diese dann ausführlich beurteilen.

Anpassungsfähiges System

Das Konzept des Projekts unterscheidet sich hauptsächlich in zwei Punkten von aktuellen Automations-Technologien. Ein Unterschied besteht in der einzigartigen Kombination von hochgenauen Kartierungstechnologien und dem Einsatz einer großen Anzahl unterschiedlichster Sensoren auf dem Erkundungsroboter. Damit agiert er besonders flexibel. Der zweite Unterschied ist die exklusive Nutzung von Punkt- und Flächenradar- Sensoren an den Abbau-Fahrzeugen. Es werden keine optischen Sensoren verwendet, das Fahrzeug ist vor Sichtbehinderungen geschützt. Damit ist es uneingeschränkt nutzbar.

Die erarbeiteten Technologien erlauben eine schnelle Anpassung der Erkundungs- und Abbauprozesse an dynamisch veränderte Bedingungen. Ihre Autonomie macht sie vor allem für kleinere Bergwerke wirtschaftlich bzw. für Stollen, die für Menschen nicht zugänglich sind.