DE102016010685A1

DE102016010685A1 - Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten Drohne

Info

Publication number: DE102016010685A1
Application number: DE102016010685.9A
Authority: DE
Inventors: Marcel Braun; Uwe Habisreitinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-08
Also published as: CN109661296A; US11420740B2; WO2018046125A2; WO2018046125A3; US20220119103A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt, umfassend: eine Landeplattform (101) für die Drohne, eine Lagereinrichtung (102) zur Lagerung von Objekten, einen Roboter (103), der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung (102) zu entnehmen und an der Landeplattform (101) für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform (101) bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung (102) abzulegen, und ein Steuergerät (104) zur Steuerung des Roboters (103). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Lieferfahrzeug, mit einer ebensolchen Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Lieferfahrzeug, mit einer ebensolchen Vorrichtung. Die Erfindung findet Verwendung insbesondere im Post- und Paketdienst sowie im Transport- und Liefergewerbe.
Derzeit werden derartige Drohnen manuell durch Bedienpersonen Be- und Entladen. Die Nachteile bestehen dabei in dem hohen Zeitaufwand, der hierfür benötigt wird und in den hierfür erforderlichen großen Räumlichkeiten, um eine entsprechende Bewegungsfreiheit der Bedienperson zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine zeiteffizientere Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne ermöglicht, wobei die Raumanforderungen für die Be- und Entladung gegenüber dem Stand der Technik verringert sind.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt gelöst. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Landeplattform für die Drohne, einer Lagereinrichtung zur Lagerung von Objekten, einem Roboter, der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung zu entnehmen und an der Landeplattform für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung abzulegen, und ein Steuergerät zur Steuerung des Roboters.
Vorteilhaft weist der Roboter einen mehrgliedrigen Robotermanipulator auf, der an seinem distalen Ende einen Effektor zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist. Der Effektor ist vorzugsweise als Greifer ausgebildet. Natürlich sind alle weiteren, heute bekannten Vorrichtungen, die zum Aufnehmen und Halten von Objekten geeignet sind, von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.
Die Glieder des Robotermanipulators sind vorteilhaft über aktorisch angetriebene Drehgelenke und/oder über Lineargelenke miteinander verbunden. Der Roboter, die Landeplattform und die Lagereinrichtung sind derart relativ zueinander angeordnet, sodass der Effektor in seinem 3D-Arbeitsraum Objekte, die in der Lagereinrichtung gelagert sind, aufnehmen kann und an der Landeplattform bereitstellen kann. Der Begriff „3D-Arbeitsraum” definiert vorliegend alle dreidimensionalen Positionen, die der Effektor erreichen kann.
Vorteilhaft erlaubt ein Drehgelenk eine Rotation der mit dem Drehgelenk verbundenen Glieder um eine Drehachse. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Robotermanipulators sind zwei Glieder und ein Effektor vorhanden, die über drei Lineargelenke seriell miteinander und mit einer Roboterbasis verbunden sind, wobei die Lineargelenke jeweils eine Bewegung entlang einer Bewegungsachse ermöglichen und wobei die drei Bewegungsachsen jeweils aufeinander senkrecht stehen.
Vorteilhaft weisen eines oder mehrere der am Robotermanipulator vorhandenen Lineargelenke einen Schubkettenantrieb oder einen Spindelantrieb auf.
Der Roboter weist vorteilhaft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Objekts während dessen Transports von der Lagereinrichtung zur Landeplattform bzw. umgekehrt auf.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Landeplattform eine Öffnung an einer Soll-Landeposition der Drohne aufweist und der Roboter dazu ausgeführt ist, von unten kommend durch die Öffnung in der Landeplattform Objekte zur Abholung durch eine Drohne bereitzustellen und Objekte von einer Drohne entgegenzunehmen und in die Lagereinrichtung abzulegen. Vorteilhaft ist die Öffnung verschließbar. Die Landeplattform weist vorteilhaft eine ausreichende Oberflächengenauigkeit auf, sodass eine darauf gelandete Drohne möglichst nicht, auch bei Windeinfluss, verrutscht.
Eine Übergabe eines Objekts vom Effektor an die Drohne bzw. von der Drohne an den Effektor kann unterschiedlich gestaltet werden. So kann der Effektor ein an der Drohne noch fixiertes Objekt greifen, wobei ein Signal vom Roboter an die Drohne gesandt wird, welches die Drohne veranlasst, das Objekt freizugeben. In einer anderen Ausführungsform weist der Effektor eine ebene Fläche auf, die vorzugsweise plan zur Oberfläche der Landeplattform orientiert ist. Nachdem die Drohne zentral über dieser ebenen Fläche gelandet ist, gibt sie in dieser Ausführungsform das transportierte Objekt frei, sodass dieses auf der ebenen Fläche zu liegen kommt und vom Effektor dort fixiert werden kann, um es in der Lagereinrichtung abzulegen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät des Roboters ein Kommunikationsmittel zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit der Drohne aufweist, und das Steuergerät den Roboter abhängig von Daten der Steuereinheit der Drohne steuert. Vorteilhaft ist die Steuereinheit der Drohne dazu ausgeführt, an das Steuergerät des Roboters zumindest folgende zwei Informationen zu übermitteln: „Drohne gelandet und bereit zur Abgabe eines Transportobjekts”, „Drohne gelandet und bereit zur Aufnahme eines Transportobjekts”. Vorteilhaft starten Informationen die jeweilige Übergabeprozedur des Roboters. Vorteilhaft werden während der Übergabeprozedur weitere Informationen zwischen dem Steuergerät und der Steuereinheit ausgetauscht.
Insbesondere beim Anflug einer Drohne auf die Landeplattform zur Abholung eines bestimmten Objekts aus der Lagereinrichtung wird vorteilhaft die Ankunftszeit der Drohne an der Landeplattform an das Steuergerät des Roboters übermittelt, sodass der Roboter das jeweilige Objekt rechtzeitig zur Ankunft der Drohne an der Landeplattform bereitstellen kann.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin vorteilhaft eine Einrichtung zum Scannen eines Halbraums über der Landeplattform nach vorhandenen Hindernissen. Diese Einrichtung umfasst vorzugsweise einen 3D-Laserscanner, eine 3D Kamera, einen Radarscanner, einen Ultraschallscanner, einen Infrarotscanner oder eine Kombination daraus. Die von der Einrichtung erfassten Daten werden vorteilhaft in der Einrichtung ausgewertet, wobei Hindernisdaten erzeugt werden. Die Hindernisdaten geben vorteilhaft Raumbereiche um einen Bezugspunkt der Landeplattform an, in denen Hindernisse vorhanden sind. Vorteilhaft werden diese Hindernisdaten an die Steuereinheit der Drohne übermittelt und von der Steuereinheit bei der Flugführung der Drohne berücksichtigt.
Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Sender zur Aussendung von Ortungs- und/oder Flugführungssignalen, die zur präzisen Flugführung der Drohne auf einen vorgegebenen Landeplatz auf der Landeplattform dienen, von der Drohne empfangen und bei deren Flugführung von der Steuereinheit berücksichtigt werden. Die vom Sender ausgesandten Signale, vorteilhaft elektromagnetische Signale, akustische Signale, Lichtsignale oder eine Kombination daraus.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Lieferfahrzeug, mit einer Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist.
In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Fahrzeugs ist die Landeplattform auf einem Dach des Fahrzeugs angeordnet. Dabei überragt die Landeplattform vorteilhaft die Umrisslinien des Daches des Fahrzeugs nicht. Die Landeplattform weist vorteilhaft eine zentrale Öffnung auf, die verschließbar ist. Der Roboter und die Lagereinrichtung sind vorteilhaft in einem Laderaumaufbau des Fahrzeugs integriert. Vorteilhaft umfasst die Lagereinrichtung ein oder mehrere Regale. Vorteilhaft sind an der rechten und linken Innenwand des Laderaumaufbaus jeweils ein Regal angeordnet. Vorteilhaft können die Regale über einen im Fahrzeug vorhandenen Mechanismus einfach entnommen bzw. wieder eingebracht werden. Vorteilhaft ist der Roboter in einem Mittelgang zwischen zwei seitenwandseitig angeordneten Regalen im Laderaumaufbau angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt.
Die Vorrichtung umfasst eine Landeplattform 101 für die Drohne, eine Lagereinrichtung 102 zur Lagerung von Objekten, einen Roboter 103, der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung 102 zu entnehmen und an der Landeplattform 101 für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform 101 bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung 102 abzulegen, und ein Steuergerät 104 zur Steuerung des Roboters 103. Die Lagereinrichtung 102 ist vorliegend als Regal ausgeführt und weist im dargestellten Querschnitt im untersten und im obersten Regalfach ein Objekt auf.
Die Landeplattform 101 weist eine Öffnung 108 auf, durch die von unten kommend der Effektor ein Objekt zur Aufnahme durch die Drohne bereitstellt. Die Drohne ist dabei derart auf der Plattform gelandet, dass ihre Landebeine auf der Plattform stehen und der Drohnenkörper von unten frei zugänglich für den Effektor ist, um das Objekt vom Effektor zu übernehmen.
Der Roboter 103 umfasst vorliegend einen dreigliedrigen Robotermanipulator 105, der an seinem distalen Ende einen Effektor 106 zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist. Der Robotermanipulator 105 ist an seinem proximalen Ende mit einer Roboterbasis verbunden. Zur Verbindung der Glieder und des Effektors mit der Roboterbasis sind vorliegend aktorisch angetriebene Drehgelenke vorhanden. Die Steuerung der zugeordneten Aktoren erfolgt durch das Steuergerät 104. Das Steuergerät 104 weist darüber hinaus ein Kommunikationsmittel 106 zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit 107 der Drohne auf, wobei das Steuergerät 104 den Roboter 103 abhängig von Daten der Steuereinheit 107 der Drohne steuert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt, umfassend: – eine Landeplattform (101) für die Drohne, – einer Lagereinrichtung (102) zur Lagerung von Objekten, – einen Roboter (103), der dazu ausgeführt und eingerichtet ist automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung (102) zu entnehmen und an der Landeplattform (101) für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform (101) bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung (102) abzulegen, und – ein Steuergerät (104) zur Steuerung des Roboters (103).
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Roboter (103) einen mehrgliedrigen Robotermanipulator (105) aufweist, der an seinem distalen Ende einen Effektor (106) zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Glieder des Robotermanipulators (105) über aktorisch angetriebene Drehgelenke und/oder über Lineargelenke miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein oder mehrere der Lineargelenke einen Schubkettenantrieb aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Landeplattform (101) eine Öffnung (108) an einer Soll-Landeposition der Drohne aufweist und der Roboter (103) dazu ausgeführt ist, von unten kommend durch die Öffnung (108) in der Landeplattform (101) Objekte zur Abholung durch eine Drohne bereitzustellen und Objekte von einer Drohne entgegenzunehmen und in die Lagereinrichtung (102) abzulegen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Roboter (103) eine Vorrichtung zur Fixierung eines Objekts während dessen Transport aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Steuergerät (104) des Roboters (103) ein Kommunikationsmittel (106) zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit (107) der Drohne aufweist, und das Steuergerät (104) den Roboter (103) abhängig von Daten der Steuereinheit (107) der Drohne steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Steuereinheit (107) dazu ausgeführt ist, an das Steuergerät (104) zumindest folgende zwei Informationen zu übermitteln: – Drohne gelandet und bereit zur Abgabe eines Transportobjekts, – Drohne gelandet und bereit zur Aufnahme eines Transportobjekts.
Fahrzeug, insbesondere Lieferfahrzeug, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeug nach Anspruch 7, bei dem die Landeplattform (101) auf einem Dach des Fahrzeugs angeordnet ist.