DE102015008151A1 - Guided beam Guided drones navigation - Google Patents

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Abstract

Bei der neuartigen Erfindung der Leitstrahl Geführten Drohnen Navigation handelt es sich um eine neuartige Technik, welche aufgrund ihrer Eigenschaften eine präzise Navigation einer Drohne- speziell in Innenräumen- ermöglicht. Bisherige Navigationstechniken sind entweder technisch deutlich aufwändiger, oder weniger Präzise, was im Betrieb zu höheren Kosten und geringerer Zuverlässigkeit führt. Um die Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation sinnvoll einzusetzen ist eine Ausführung mit Sensoren für den Leitstrahl an den Stirn-, sowie Seitenflächen der Drohne sinnvoll. Ein oder mehrere Leitstrahlen können von diesen Sensoren erfasst werden, um dann, bei Lageänderung des auf die Sensoren auftreffenden Leitstrahls, geeignete Kurskorrekturen einzuleiten. Die Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation lässt sich besonders vorteilhaft bei der Navigation einer Drohne im Inneren eines Gebäudes einsetzen. Eine denkbare Anwendung wäre der Einsatz um einen Multicopter in einer Lagerhalle entlang der Korridore zu führen und um diese zu kontrollieren.The novel invention of Guided Guided Drone Navigation is a novel technique that, due to its characteristics, enables precise navigation of a drone, especially indoors. Previous navigation techniques are either technically much more complex, or less precise, which leads to higher costs and lower reliability in operation. In order to make sensible use of Guided Drone Navigation, a version with sensors for the beacon on the front and side surfaces of the drone makes sense. One or more guide beams may be detected by these sensors to then initiate appropriate course corrections upon change in position of the beacon beam impinging on the sensors. Guided guided drone navigation is particularly useful when navigating a drone inside a building. A conceivable application would be to use a multicopter in a warehouse along the corridors and to control them.

Description

Es ist bekannt, dass Drohnen mit den verschiedensten Methoden navigieren- hierzu gehören zum Beispiel optische, GPS-, sowie Ultraschall-basierte Systeme. Des Weiteren gibt es Systeme, welche Kameras nutzen, um anhand von Umgebungsinformationen zu navigieren.Drones are known to navigate using a variety of methods, including optical, GPS, and ultrasound-based systems. Furthermore, there are systems that use cameras to navigate using environmental information.

Oft ist es nötig, eine Drohne möglichst genau entlang eines vorgegebenen Weges zu führen, was mit den bisher vorhandenen Methoden in bestimmten Situationen- wie zum Beispiel in Innenräumen- nicht oder nur eingeschränkt bzw. mit sehr großem Aufwand und großen Kosten möglich ist.Often it is necessary to guide a drone as accurately as possible along a given path, which is possible with the existing methods in certain situations - such as indoors - not or only partially or with great effort and great expense.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Navigation, speziell in Innenräumen, stark zu vereinfachen, beziehungsweise die Präzision dieser stark zu erhöhen, was im Betrieb zu geringeren Kosten und größerer Zuverlässigkeit führt.The specified in claim 1 invention is based on the problem of greatly simplify navigation, especially in interiors, or greatly increase the precision of this, which leads to lower costs and greater reliability during operation.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen ins Besondere darin, dass die Flugpräzision mit einer einfach zu realisierenden, zuverlässigen Technik, entlang einer durch Leitstrahlen vorgegebenen Strecke stark erhöht wird.The advantages achieved by the invention are in particular that the flight precision is greatly increased with an easy to implement, reliable technique, along a predetermined path by beams.

Dies Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is solved by the features listed in claim 1.

Die Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne sich entlang des von einem geeigneten Emitter ausgesendeten Leitstrahls entlang bewegt und diesen zur Navigation nutzt.The guided-beam guided drone navigation is characterized in that a drone moves along the guide beam emitted by a suitable emitter and uses it for navigation.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, mehrere Leitstrahlen zur Navigation zu nutzen, so dass die Drohne nicht nur einem einzelnen Leitstrahl folgen kann, sondern diesen an der Kreuzung mehrerer Leitstrahlen verlässt um einem anderen Leitstrahl zu folgen.An advantageous embodiment of the invention is given in claim 2. The development according to claim 2 makes it possible to use several guide beams for navigation, so that the drone can not only follow a single guide beam, but leaves this at the intersection of several beams to follow another beam.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 3 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, dass die Drohne dank weiterer Navigationsmöglichkeiten den Leitstrahl an geeigneter Position verlässt und mittels anderer Methoden navigiert- so wäre es zum Beispiel möglich, dass diese bis zum Verlassen eines Gebäudes dem Leitstrahl folgt, um dann ohne diesen ihre Mission fortzusetzen.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 3. The development according to claim 3 makes it possible that the drone leaves the beacon at an appropriate position thanks to other navigation options and navigation by other methods - so it would be possible, for example, that this follows the beacon until it leaves a building, then without their mission continue.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 4 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es, dass für die Drohne bestimmte Daten einfach auf den Leitstrahl aufmoduliert werden, was aufgrund der Richtwirkung des Leitstrahls eine sichere Kommunikation ermöglichen sollte.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 4. The development according to claim 4 makes it possible for the drone certain data are simply modulated onto the beacon, which should allow safe communication due to the directivity of the beacon.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 5 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht es, dass die Drohne entlang eines optischen Leitstrahls, wie zum Beispiel eines Laserstrahls navigiert, was sich technisch besonders leicht realisieren lässt.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 5. The development according to claim 5 makes it possible that the drone along an optical guide beam, such as a laser beam navigates, which can be technically particularly easy to implement.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 6 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es, dass die Drohne entlang eines elektromagnetischen Leitstrahls navigiert, was unter besonderen Umweltbedingungen vorteilhaft sein kann.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 6. The development according to claim 6 makes it possible that the drone navigates along an electromagnetic guide beam, which may be advantageous under particular environmental conditions.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 7 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 7 ermöglicht es, dass besonders bei komplexeren Aufgaben mehrere Drohnen mittels mehrerer Leitstrahlen im selben Gebiet navigieren und so eine Mission gemeinsam in kürzerer Zeit erfüllen können.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 7. The development according to claim 7 makes it possible, especially for more complex tasks, to navigate several drones by means of several guiding beams in the same area and thus to be able to fulfill a mission together in a shorter time.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 8 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht es, den Navigationspfad der Drohne während des Einsatzes zu verändern, indem der Leitstrahlsender bewegt wird und somit auch den Kurs der Drohne mit ändert.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 8. The development according to claim 8 makes it possible to change the navigation path of the drone during use by the beacon transmitter is moved and thus changes the course of the drone with.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 9 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 9 ermöglicht es, dass eine der Leitstrahl Gesteuerten Drohnen selbst einen oder mehrere Leitstrahlen aussendet, so dass weitere Drohnen anhand dieser Leitstrahlen navigieren können, was sehr komplexe Navigation ermöglicht.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 9. The further development according to claim 9 makes it possible for one of the beacon-controlled drones to emit one or more beacons itself, so that further drones can navigate using these beacons, which enables very complex navigation.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in Patentanspruch 10 gegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 10 ermöglicht es, dass durch das Aussenden mehrerer Leitstrahlen von mehreren Leitstrahl Gesteuerten Drohnen extrem komplexe Missionen mit mehreren Drohnen in kurzer Zeit zuverlässig erfüllt werden können.A further advantageous embodiment of the invention is given in claim 10. The further development according to claim 10 makes it possible to reliably fulfill extremely complex missions with a plurality of drones in a short time by emitting a plurality of guiding beams from a plurality of guided-jet controlled drones.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.A possible embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below.

Es zeigenShow it

1 Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation- beispielhafte Ausführung: Einrichtung des Raums 1 Guided beam Guided drones Navigation- Exemplary execution: Setup of the room

2 Mögliche Lage der Sensorik an der Drohne- beispielhafte Ausführung 2 Possible position of the sensors on the drone-exemplary design

3 Mögliche Gestaltung der Sensorik an der Drohne- beispielhafte Ausführung 3 Possible design of the sensors on the drone exemplary embodiment

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und auch nach Funktion der Erfindung.The following is the explanation of the invention with reference to the drawings according to the structure and also function of the invention.

Beispielhaft wird die Erfindung an einem Quadrocopter in Plus-Konfiguration erläutert, welcher in einem Innenraum, wie zum Beispiel einer Fabrikhalle, durch Korridore navigiert.By way of example, the invention will be explained with reference to a quadrocopter in plus configuration, which navigates through corridors in an interior, such as a factory hall.

Gemäß 1 sind an den Wänden der Halle (5) am Anfang der Bahnen, welchen der Quadrocopter (4) folgen soll, um die Regale (1) zu umfliegen, beziehungsweise diese zu beobachten, Sender (2) für die Leitstrahlen (3) angeordnet. Eine mögliche Ausführung dieser Sender sind einfache Laser-Transmitter, welche kollimierte Laserstrahlen aussenden. Aufgrund seiner besonderen Konstruktion folgt der Quadrocopter (4) nun, gesteuert durch die Leitstrahlen (3), diesen Bahnen. An den Stellen, wo sich diese Leitstrahlen (3) kreuzen, kann der Quadrocopter (4), durch Programmierung oder externe Steuerung, der Bahn eines anderen, in diesem Fall 90 Grad dazu versetzten, Leitstrahls folgen.According to 1 are on the walls of the hall ( 5 ) at the beginning of the tracks, which the quadrocopter ( 4 ) should follow the shelves ( 1 ) to fly around or watch them, transmitters ( 2 ) for the guiding beams ( 3 ) arranged. One possible embodiment of these transmitters are simple laser transmitters which emit collimated laser beams. Due to its special construction, the quadrocopter ( 4 ) now, controlled by the guiding beams ( 3 ), these tracks. At the points where these guiding beams ( 3 ), the quadrocopter ( 4 ), by programming or external control, follow the path of another, in this case 90 degrees offset, beacon.

Gemäß 2 weist der Quadrocopter an seinem Rahmen (3), damit er den Leitstrahlen (2) folgen kann an seinen Motorgondeln an jedem Ende in Flugrichtung (hier in Plus-Konfiguration) einen Mehr-Quadranten-Sensor (1) auf, welcher die Position des Leitstrahls relativ zu den Achsen des Quadrocopters auswertet. In dieser speziellen Ausführung kann es sich dabei einfach um ein Array aus Fotodioden handeln, welche die Position des auftreffenden Leitstrahls (2), in diesem Falle eines einfachen Laserstrahls, auswerten. Aus dieser Position relativ zur Mittelposition des Sensors kann sehr leicht die Position des Quadrocopters bezogen auf den Leitstrahl (2) ermittelt werden und zur Navigation des Quadrocopters entlang des Leitstrahls genutzt werden.According to 2 the quadrocopter points at its frame ( 3 ), so that he the guiding beams ( 2 ) can follow at its engine nacelles at each end in the direction of flight (here in plus configuration) a multi-quadrant sensor ( 1 ), which evaluates the position of the guide beam relative to the axes of the quadrocopter. In this particular embodiment, this may simply be an array of photodiodes which determine the position of the incident beacon (FIG. 2 ), in this case a simple laser beam. From this position relative to the central position of the sensor, the position of the quadrocopter with respect to the guide beam ( 2 ) and used to navigate the quadrocopter along the beacon.

In 3 ist eine mögliche Ausgestaltung eines geeigneten Sensors dargestellt. Dieser kann- bei Verwendung eines Laserstrahls- aus einzelnen Fotodioden (3) bestehen, welche in Form eines Kreuzes in X-Achse (1) und Y-Achse (2) angeordnet sind. Fliegt der Quadrocopter genau entlang des Leitstrahls vorwärts, mit vorderem und hinterem Sensorfeld auf den Leitstrahl ausgerichtet, so ist der Strahl genau in der Mitte des Sensorfeldes des vorderen und hinteren Sensors zu registrieren. Sobald es zu einer Abweichung von der idealen Bahnposition kommt, verändert sich die Lage des Laserstrahls relativ zu den Sensoren, was sich leicht messtechnisch erfassen lässt. Diese Abweichung wiederum lässt sich leicht nutzen, um die Bahnabweichung zu bestimmen und entsprechende Kurskorrekturen einzuleiten.In 3 a possible embodiment of a suitable sensor is shown. This can - when using a laser beam from individual photodiodes ( 3 ), which in the form of a cross in the X-axis ( 1 ) and Y-axis ( 2 ) are arranged. If the quadrocopter flies forward along the beacon, with the front and rear sensor field aligned with the beacon, the beam must be registered in the exact center of the sensor field of the front and rear sensors. As soon as there is a deviation from the ideal track position, the position of the laser beam changes relative to the sensors, which can easily be detected metrologically. This deviation, in turn, can be easily used to determine the path deviation and to introduce appropriate course corrections.

Claims (10)

Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne sich entlang des von einem geeigneten Emitter ausgesendeten Leitstrahls entlang bewegt und diesen zur Navigation nutztGuided beam Guided drones Navigation, characterized in that a drone moves along along the emitted from a suitable emitter guide beam and uses this for navigation Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Leitstrahl zur Navigation nutzt, bis sie einen weiteren Leitstrahl kreuzt, und dann diesem weiter folgtGuided beam guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that it uses a guide beam for navigation until it crosses another guide beam, and then this continues Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Leitstrahl zur Navigation nutzt, dies jedoch durch den Einsatz weiterer Sensoren, wie zum Beispiel Kreisel oder optischen Systemen unterstützt, was ihr darüber hinaus ermöglicht nur einen Teil der Strecke durch den Leitstrahl gestützt zurück zulegenGuided beam guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that it uses a guide beam for navigation, but this supported by the use of other sensors, such as gyroscope or optical systems, which you also allows only a part of the route supported by the guide beam get back Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne den Leitstrahl zur Navigation und zur Datenübertragung nutztGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that a drone uses the guide beam for navigation and data transmission Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne einen optischen Leitstrahl, wie zum Beispiel einen Laserstrahl zur Navigation nutztGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that a drone uses an optical beacon, such as a laser beam for navigation Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne einen elektromagnetischen Leitstrahl zur Navigation nutztGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that a drone uses an electromagnetic beacon for navigation Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drohnen gleichzeitig mehreren Leitstrahlen folgenGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that several drones simultaneously follow a plurality of guiding beams Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitstrahlsender beweglich angeordnet istGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that the beacon transmitter is arranged to be movable Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drohne Leitstrahlen folgt, und selbst Leitstrahlen für eine oder mehrere weitere Drohnen aussendetGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that a drone follows beacons, and even emits beacons for one or more other drones Leitstrahl Geführte Drohnen Navigation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drohnen gleichzeitig mehreren Leitstrahlen folgen und selbst Leitstrahlen für weitere Drohnen aussendenGuided beam Guided drones Navigation according to claim 1, characterized in that several drones simultaneously follow several beacons and even emit beacons for more drones
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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