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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Scanroboter zum automatischen Scannen einer Scanumgebung, eine Basisstation für einen Scanroboter und ein Verfahren zum automatischen Scannen einer Scanumgebung mit einem Scanroboter.
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Stand der Technik
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Zum Erstellung von 3D-Modellen von Objekten, beispielsweise Gebäuden, gibt es zur Zeit nur Scanner auf einem Stativ, die immer wieder neu manuell positioniert werden müssen, um ein Objekt einzuscannen.
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Das jetzige Verfahren ist sehr zeitintensiv, teilweise müssen daher die Scanverfahren nachts durchgeführt werden, wodurch hohe Personalkosten entstehen.
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Weiterhin ist auch keine direkte Datenübertragung von dem Scanner, beispielsweise in eine Cloud möglich, wo sofort ein 3D-Modell des Objekts erstellt werden könnte. Daher dauert die Datenverarbeitung zu lange.
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Die Scanpunkte, an denen der Scanner aufgestellt wird, müssen alle manuell vor Ort bestimmt werden. Scanner und zugehörige Programme sind teuer in der Anschaffung und es besteht teilweise eine hohe Abhängigkeit von wenigen Herstellern, die eine Monopolstellung haben.
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Aufgrund der hohen Material- und Personalkosten besteht weiterhin eine Abhängigkeit von Dienstleistern oder Vermessungsinstitutionen zur Durchführung von Scans.
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Technische Aufgabe
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Scanner bereitzustellen, mit dem Objekte zur Erstellung von 3D-Modellen schnell, einfach und kostengünstig gescannt werden können.
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Technische Lösung
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein Scanroboter bereit, der die technische Aufgabe entsprechend den Merkmalen des Anspruches 1 löst. Ebenso wird die Aufgabe durch eine Basisstation gemäß Anspruch 9 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Beschreibung der Ausführungsarten
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Ein erfindungsgemäßer Scanroboter zum automatischen Scannen einer Scanumgebung umfasst zumindest folgende Komponenten:
- a) ein Fortbewegungssystem zur Fortbewegung des Scanroboters innerhalb der Scanumgebung und
- b) ein Scansystem zum Scannen der Scanumgebung und
- c) ein Steuerungssystem zur automatischen Steuerung des Scanroboters und
- d) ein Kommunikationssystem zur Kommunikation des Scanroboters mit einem externen Datenverarbeitungssystem und
- e) ein Energieversorgungssystem zur Versorgung des Scanroboters mit Energie.
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Durch das Fortbewegungssystem in Verbindung mit dem Steuerungssystem kann sich der Scanroboter selbstständig von einem Scanpunkt zum nächsten bewegen und dort jeweils automatisch die Scanumgebung scannen, sodass das im Stand der Technik notwendige und zeitaufwändige mehrmalige Aufstellen und aktivieren eines Scanners entfällt.
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Das Kommunikationssystem erlaubt eine automatische Übertragung aufgenommener Scandaten an ein externes Datenverarbeitungssystem, beispielsweise eine Cloud, sodass die Scandaten besonders schnell und insbesondere ohne Nutzereingriff weiterverarbeitet werden können.
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Das Fortbewegungssystem kann zumindest ein Fahrwerk umfassen. Mit Hilfe des Fahrwerks, beispielsweise mit vier oder sechs Rädern, kann sich der Scanroboter besonders stabil und energieeffizient fortbewegen.
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Das Fortbewegungssystem kann zumindest eine Schreiteinheit umfassen. Die Schreiteinheit, beispielsweise mit zwei, vier oder sechs Beinen, erlaubt eine Fortbewegung auch in schwierigem Gelände, beispielsweise über Treppen.
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Das Fortbewegungssystem kann eine Anzahl von Rotoren umfassen. Mit Hilfe der Rotoren kann der Scanroboter die Scanpunkte fliegend und somit besonders schnell und unabhängig von einer Bodenbeschaffenheit erreichen. Der Scanroboter kann insbesondere als Drohne, beispielsweise als Quadrocopter, ausgestaltet sein.
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Das Fortbewegungssystem umfasst vorzugsweise zumindest einen, insbesondere elektrischen, Motor zum Antrieb des Fahrwerks, der Schreiteinheit oder der Rotoren, wobei der Motor bevorzugt vibrationsarm ausgelegt ist.
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Das Kommunikationssystem kann zur Übertragung vom Scansystem aufgenommener Scandaten an das externe Datenverarbeitungssystem in Echtzeit ausgelegt sein. Wenn die Scandaten in Echtzeit, also mit der Geschwindigkeit ihrer Aufnahme, übertragen werden, können sie besonders schnell weiterverarbeitet werden.
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Das Kommunikationssystem kann eine kabellose Kommunikationsschnittstelle, bevorzugt einen Sendeempfänger für Mobilfunk, WLAN und/oder Bluetooth, umfassen. Die kabellose Kommunikation erlaubt eine hohe Beweglichkeit des Scanroboters.
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Das Kommunikationssystem kann eine kabelgebundene Kommunikationsschnittstelle, bevorzugt einen USB-Anschluss, umfassen. Die kabelgebundene Kommunikation ist besonders sicher und erlaubt eine hohe Datenübertragungsrate.
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Das Energieversorgungssystem kann einen, bevorzugt austauschbaren, Energiespeicher, bevorzugt einen Akkumulator, umfassen. Der Energiespeicher erlaubt einen flexiblen Einsatz des Scanroboters unabhängig von einem Anschluss an eine externe Energiequelle. Ist der Energiespeicher austauschbar, kann dadurch eine lange Betriebsdauer des Scanroboters ohne Pausen zum Aufladen des Energiespeichers erreicht werden.
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Das Energieversorgungssystem kann eine Energiegewinnungseinheit, bevorzugt ein Photovoltaikmodul, umfassen. Durch die Energiegewinnungseinheit kann der Scanroboter über längere Zeit autark arbeiten.
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Der Scanroboter kann eine Anzahl von Hilfssensoren umfassen, wobei die Hilfssensoren zumindest
- a) eine Kamera zur Abbildung der Scanumgebung und/oder
- b) einen Infrarotsensor und/oder einen Ultraschallsensor zur Hinderniserkennung und/oder
- c) einen Positionssensor, bevorzugt einen GPS-Empfänger, zur Lokalisierung des Scanroboters
umfassen.
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Durch die Kamera kann der Scanroboter zusätzlich zu den Scandaten Bilder zur Dokumentation der Scanumgebung aufnahmen und/oder Markierungen und/oder Hindernisse erkennen.
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Das Scansystem kann einen 3D-Laserscanner, bevorzugt einen abbildenden 3D-Laserscanner, besonders bevorzugt einen farbig abbildenden 3D-Laserscanner, umfassen.
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Das Steuerungssystem kann eine Recheneinheit, einen Datenspeicher, bevorzugt einen Flash-Speicher, und eine Anzahl von Schnittstellen zur Kommunikation mit dem Fortbewegungssystem, dem Scansystem, dem Kommunikationssystem und/oder dem Energieversorgungssystem umfassen.
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Das Steuerungssystem kann über das Kommunikationssystem von einem Nutzer programmierbar, überwachbar und/oder zumindest zeitweise fernsteuerbar sein.
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Der Scanroboter kann tragbar sein, sodass er einfach und schnell zu einem Einsatzort transportiert werden kann, wobei der Scanroboter bevorzugt unter 15 kg, besonders bevorzugt unter 10 kg, wiegt.
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Eine erfindungsgemäße Basisstation ist zur Aufnahme eines, insbesondere erfindungsgemäßen, Scanroboters ausgelegt und umfasst vorzugsweise eine Ladevorrichtung zum Aufladen und/oder eine Austauschvorrichtung zum Austauschen eines Energiespeichers des Scanroboters. Die Austauschvorrichtung umfasst beispielsweise einen Greifarm zum Austauschen des Energiespeichers des Scanroboters gegen einen in der Basisstation vorgehaltenen Energiespeicher.
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Die Basisstation ist vorzugsweise zum Transport des Scanroboters, insbesondere durch eine Transportdrohne, ausgelegt, wobei die Basisstation mit dem Scanroboter bevorzugt unter 15 kg, besonders bevorzugt unter 10 kg, wiegt. In der Basisstation kann der Scanroboter geschützt transportiert werden. Durch eine Transportdrohne kann der Scanroboter besonders schnell an einen Einsatzort gebracht werden, sodass der Scanroboter besonders effizient eingesetzt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Scannen einer Scanumgebung mit einem, insbesondere erfindungsgemäßen, Scanroboter umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen einer Anzahl von Scanpunkten für den Scanroboter und
- b) automatisches Ansteuern der Scanpunkte durch den Scanroboter und
- c) automatisches Scannen der Scanumgebung an den Scanpunkten.
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Durch das automatische Ansteuern der Scanpunkte und Scannen ist das Verfahren besonders schnell und kann ohne Nutzereingriff durchgeführt werden.
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Das Bereitstellen kann ein Übermitteln eines Plans der Scanumgebung mit darin markierten Scanpunkten an ein Kommunikationssystem des Scanroboters umfassen. Der Plan kann beispielsweise in einem üblichen Format für 3D-Pläne wie dwg, pdf, ifc oder dxf vorliegen. Anhand des Plans kann der Scanroboter eine Route zum Ansteuern der Scanpunkte berechnen.
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Das Bereitstellen kann ein Anbringen von jeweils einer von einem Sensor des Scanroboters erfassbaren Markierung, beispielsweise eines QR-Codes, an den Scanpunkten und ein automatisches Erfassen der Scanpunkte durch den Scanroboter umfassen. Der Scanroboter kann sich beispielsweise ähnlich wie ein Staubsaugroboter oder ein Rasenmähroboter nach dem Zufallsprinzip durch die Scanumgebung bewegen und dabei die Scanpunkte ansteuern und erfassen und vorzugsweise einen Plan der Scanumgebung mit darin markierten Scanpunkten erstellen.
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Das Verfahren kann ein Übermitteln von durch das Scannen erfassten Scandaten durch ein Kommunikationssystem des Scanroboters, bevorzugt in Echtzeit, an ein externes Datenverarbeitungssystem zur Weiterverarbeitung der Scandaten umfassen, wobei die Weiterverarbeitung bevorzugt ein Erstellen eines 3D-Modells der Scanumgebung und besonders bevorzugt eine grafische Darstellung und/oder eine Weiterleitung des 3D-Modells an einen Nutzer umfasst.
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Die Weiterverarbeitung kann ein automatisches Quantifizieren von gescannten Objekten umfassen. Beispielsweise kann bei einem gescannten Baugerüst mittels automatischer Objekterkennung die Anzahl der verbauten Gerüstteile ermittelt werden.
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Das Verfahren kann ein automatisches Erkennen von Hindernissen durch den Scanroboter umfassen, wobei der Scanroboter bei Erkennen eines Hindernisses bevorzugt eine Ausweichroute zum nächsten Scanpunkt berechnet und/oder das Hindernis in einem Plan der Scanumgebung markiert.
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Das Verfahren kann ein automatisches Ansteuern einer Basisstation durch den Scanroboter nach dem letzten Scannen und/oder sobald ein Ladezustand eines Energiespeichers des Scanroboters einen vorbestimmten Wert unterschreitet umfassen, wobei die Basisstation den Energiespeicher bevorzugt automatisch auflädt oder austauscht, und der Scanroboter besonders bevorzugt nach dem Aufladen oder Austauschen zum letzten davor angesteuerten Scanpunkt zurückkehrt.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Beispiele
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung erläutert, in welcher beispielhaft Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Gegenstände dargestellt sind.
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Eine Grundidee hinter dem Scanroboter ist wie folgt: Der vollautomatische Roboterscanner soll im Vorfeld der Datenerfassung, beispielsweise auf einer Baustelle, im Büro programmiert werden. Anhand der vorliegenden Planzeichnungen können in den Planunterlagen Scanpunkte gesetzt werden. Diese dienen dazu, dass der Roboter weiß an welchen Punkten er im Gebäude / Gelände automatisch anhalten muss, um die Scans zu absolvieren.
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Im Büro wird auch festgelegt, ob die Scans in schwarz / weiß oder in Farbe durchgeführt werden sollen.
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Treppenstufen können bemessen werden und ebenso programmiert werden. Der Roboter kann vorzugsweise Treppenstufen steigen und absteigen.
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Gefahrenstellen, die einen Absturz verursachen können, werden im Plan vorzugsweise digital markiert. Der Roboter erkennt diese somit automatisch und es müssen keine zusätzlichen Sicherungsmaßnahmen getroffen werden.
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Die Daten die der Scanroboter aufnimmt, werden vorzugsweise per Echtzeitbenachrichtigung in eine Cloud geladen, so dass diese dort direkt vom Planungsbüro eingesehen und ggf. bearbeitet werden können.
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Der „Fahrplan“ wird in den Roboter beispielsweise mittels USB, WLAN oder Kabelverbindung übertragen.
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Der Roboter sollte mit Sensoren ausgestattet sein, um evtl. Hindernisse, die im Vorfeld nicht bestimmbar sind, zu erkennen. Der Roboter hat vorzugsweise auch eine Kamera mit der er Bilddaten übertragen kann.
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Sollte der Roboter einmal „hängen“ bleiben, besteht vorzugsweise die Möglichkeit über Eingreifen in sein System (beispielsweise über eine App oder ein Internetseite) den Roboter zu befreien.
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Eine eigens entwickelte Basisstation ermöglicht es vorzugsweise, dem Roboter den Akku automatisch zu wechseln oder aufzuladen. Er kehrt vorzugsweise immer wieder an die letzte Scan-Station zurück und kann so seine Arbeit fortführen.
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Sollten keine Planunterlagen vorliegen kann mit dem Roboter eine manuelle Begehung gemacht werden und er kann sich so die Räumlichkeiten oder Umgebung speichern. Evtl. Gefahrenbereiche können beispielsweise mit einer Schnur gekennzeichnet sein, um einen Absturz zu vermeiden.
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Eine Programmierung des Scanroboters kann beispielsweise zumindest eines der folgenden Merkmale aufweisen:
- - über SD Karte, USB, Bluetooth, Kabel, WLAN;
- - Laden der des Plans und der Scanpunkte von einem PC und/oder über eine App;
- - Eigenes Programm um 3D Pläne (dwg, pdf, ifc, dxf, etc.) zu laden und Entsprechend mit den Wegpunkten zu versehen (Scanpunkte);
- - Vorab Einstellung der Scaneigenschaften (Qualität, Reichweite, Höhe, Innen- oder Außenscans);
- - Echtzeitverfolgung und Eingriff über App / Desktop;
- - Störungsbenachrichtigung;
- - Sofortübertragung der Daten in Cloud zur direkten Weiterverarbeitung;
- - Autarke Funktion, Erkennung von Hindernissen die im Vorfeld nicht deklariert werden konnten über Planunterlagen. Automatische Erkennung und automatische Reaktion mit der verbundenen neuen Route;
- - die „neuen“ Hindernisse werden im Plan gekennzeichnet und dokumentiert;
- - Sperrbereiche / Absturzkante (Vorprogrammierung) und/oder
- - Automatischer Akkutausch in Basisstation, Rückkehr über den schnellsten Weg zum letzten Scanpunkt (automatischer Start der weiteren Scans).
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Der Scanroboter zeichnet sich vorzugsweise durch zumindest eine der folgenden Eigenschaften aus:
- - Hohe Standfestigkeit;
- - Aufnahme der Scans mit einem vertikalen Teleskoparm:
- - 360° Scans;
- - USB Anschluss, Bluetooth, Kabelsteckverbindung;
- - Micro SD und/oder SD Karte;
- - Austauschbare Akkus;
- - LED Beleuchtung, automatische Einschaltung bei nachlassendem Licht;
- - Abblendfunktion;
- - Displayanzeige zur Kommunikation eines Nutzers mit dem Roboter und/oder Scanner;
- - Rückfahrfunktion / hohe Wendigkeit;
- - Not-Aus Schalter;
- - Telefonkarte zum Anwählen bei Störungen;
- - Transportabel;
- - Max. 230 V Versorgungsspannung;
- - staubgeschützt, spritzwassergeschützt und/oder
- - vibrationsarm.
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Der Scanroboter soll auch an Privathaushalte verliehen werden können. Der Transport erfolgt vorzugsweise in der entsprechenden Basisstation, welche auch für die Zukunft für Drohnenversand vorbereitet werden kann. Ein Nutzer führt nur den Aufbau des Scanroboters durch und schaltet den Scanroboter an (GPRS, Telefonkarte). Die Programmierung erfolgt vorzugsweise im Vorfeld durch das Unternehmen, welches den Scanroboter ausleiht (wenn Plandaten vorliegen sollten). Wenn nicht, dann muss der Nutzer den Scanroboter einmal durch das Gebäude führen. Er muss ihn anlernen. Danach kann der Scanroboter das Gebäude vollautomatisch scannen. Gefahrenquellen müssen im Vorfeld beispielsweise durch eine Schnur oder ähnliches gekennzeichnet werden um einen Absturz des Gerätes zu vermeiden. Beim privaten Gebrauch müssen mobile Scanpunkte, beispielsweise mit QR-Codes, verlegt werden, so dass der Scanroboter den Weg findet. Nach Fertigstellung der Scans erfolgt der Rückversand. Die Auswertung der Daten und Zustellung an den Nutzer kann automatisch über ein Programm erfolgen. Hier kann sich der Nutzer den Zugang kaufen, um sein Projekt zu generieren, oder er beauftragt einen entsprechenden Dienstleister.
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Ein besonderer Vorteil des Scanroboters ist, dass er im Vorfeld laut Planunterlagen mit den zu scannenden Punkten versehen werden kann. Dieser Plan wird beispielsweis über Bluetooth, USB, WLAN an den Scanroboterübermittelt. Der Scanroboterkann so an seinem Einsatzort, alles vollautomatisch einscannen. Die Datenaufnahme wird vorzugsweise per Echtzeitübertragung in eine eigens dafür entwickelte Cloud geladen, so dass ein 3D-Modell direkt erstellt werden kann. Dies spart Kosten und Zeit zur Ressourceneinsparung.
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Der Scanroboter ist mobil und kann vorzugsweise auf verschiedenen Untergründen laufen oder fahren. Er kann somit in Innen- und Außenbereichen gleichermaßen eingesetzt werden.
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Das Verfahren umfasst vorzugsweise ein Echtzeitbenachrichtigung bei Fertigstellung eines Scanauftrags oder Störungen, einen Fernzugriff auf den Scanroboter, insbesondere GPRSgesteuert.
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Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine Kombination aus einem autark arbeitenden Fahrzeug mit integrierter Scaneinheit inkl. passender Steuerungssoftware, sowie einer cloudbasierte Datenübertragungsplattform.