-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transportbehälter zum Transportieren einer Nutzlast mit einem unbemannten Flugobjekt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Landeeinrichtung zum Austauschen einer Nutzlast in einem Transportbehälter mit einem unbemannten Flugobjekt. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein unbemanntes Flugobjekt zum Transportieren einer Nutzlast in einem Transportbehälter sowie ein System und ein Verfahren zum Transportieren einer Nutzlast.
-
Windkraftanlagen erfordern für Wartung und Reparatur regelmäßig eine Anlieferung und Abholung von Werkzeugen und Materialien an ihren Gondeln. Neben dem Einsatz entsprechend ausgerüsteter Kräne können in diesem Zusammenhang auch Hubschrauber verwendet werden. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Belieferung von Offshore-Windkraftanlagen dar. Diese sind einerseits oft nur unter erhöhtem Logistik-Aufwand zu erreichen und andererseits aufgrund ihrer Lage im Meer oft vergleichsweise starken Umwelteinflüssen (Wind und Wetter) ausgesetzt. Wartungsmaterialien und Werkzeuge werden zumeist von einem Versorgungsschiff angeliefert und mittels integrierter Krananlagen in die Gondel der Windkraftanlage gezogen. Eine Anlieferung per Hubschrauber ist nur selten möglich, da eine Landung des Hubschraubers aufgrund von Wettereinflüssen und Abstandsvorschriften zum Rotor der Windkraftanlage oft nicht möglich ist und ein Ablassen einer Last aus geringer Höhe schwierig ist.
-
Das Abstellen und Abholen von Lasten durch unbemannte Flugobjekte (Drohnen) ist in einzelnen Anwendungsfällen bereits angedacht bzw. realisiert. Beispielsweise wird von der Firma Matternet eine Plattform zum autonomen Liefern und Abholen von medizinischen Artikeln wie zum Beispiel Blutproben bereitgestellt. Dabei kann eine Drohne einen Transportbehälter zwischen geeigneten Landestationen überbringen, um damit die medizinische Logistik zu vereinfachen und einen schnellen Transport zu realisieren. Das Konzept ist dabei vergleichbar zu einem Linienflug, bei dem die Drohne zwischen festen Orten pendelt und auf einer Art Packstation landen kann, an die die Last dann übergeben wird.
-
Andere Ansätze zum Transportieren von größeren Lasten mittels unbemannter Flugobjekte finden sich auch im Bereich der Containerlogistik in Frachthäfen, wobei bisher keine einsatzfähigen Systeme, sondern lediglich Konzepte existieren. Zudem gibt es insbesondere im Bereich der Entwicklungszusammenarbeit in entlegenen Regionen Ansätze, bei denen Frachtstücke mit geringem Gewicht unter Verwendung von Fallschirmen oder vergleichbaren Vorrichtungen zum Reduzieren der Fallgeschwindigkeit aus geringer Höhe während des Flugs der Drohne abgeworfen werden.
-
Derartige Lösungen können im Bereich der Windkraftanlagen, insbesondere im Bereich der Offshore-Windkraftanlagen, aufgrund der dort herrschenden Umwelteinflüsse jedoch nicht eingesetzt werden. Ein Abwerfen von Lasten ist wegen des Gewichts und wegen der Windverhältnisse nicht realisierbar. Ein Landen einer Drohne ist aufgrund gesetzlicher Regelungen und ebenfalls aufgrund von Wettereinflüssen oft ebenfalls nicht gangbar.
-
Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen Ansatz zum Transportieren von Lasten zu Windkraftanlagen bereitzustellen. Insbesondere soll ein sicherer Transport bereitgestellt werden, bei dem unsichere Betriebszustände und eine Gefährdung von Materialien, Vorrichtungen und Personen ausgeschlossen werden.
-
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt einen Transportbehälter zum Transportieren einer Nutzlast mit einem unbemannten Flugobjekt, mit:
- - einem Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Nutzlast;
- - einer Behälter-Schnittstelle zum lösbaren Befestigen des Transportbehälters an einer Lande-Schnittstelle einer Landeeinrichtung, wobei
- - die Behälter-Schnittstelle einen Behälter-Aktor zum aktiven Koppeln mit einer Lande-Aufnahme der Lande-Schnittstelle und/oder eine Behälter-Aufnahme zum passiven Koppeln mit einem Lande-Aktor der Lande-Schnittstelle umfasst.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Landeeinrichtung zum Austauschen einer Nutzlast in einem Transportbehälter mit einem unbemannten Flugobjekt, mit:
- - einer Lande-Schnittstelle zum lösbaren Befestigen einer Behälter-Schnittstelle des Transportbehälters, wobei
- - die Lande-Schnittstelle einen Lande-Aktor zum aktiven Koppeln mit einer Behälter-Aufnahme der Behälter-Schnittstelle und/oder eine Lande-Aufnahme zum passiven Koppeln mit einem Behälter-Aktor der Behälter-Schnittstelle umfasst.
-
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein unbemanntes Flugobjekt zum Transportieren einer Nutzlast in einem Transportbehälter wie zuvor beschrieben ausgehend von oder hin zu einer Landeeinrichtung wie zuvor beschrieben, mit:
- - einer Transport-Schnittstelle zum lösbaren Befestigen des Transportbehälters und/oder der Nutzlast im Aufnahmebereich des Transportbehälters, wobei
- - die Transport-Schnittstelle vorzugsweise als Rahmen ausgebildet ist.
-
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Transportieren einer Nutzlast, mit:
- - einem Transportbehälter wie zuvor beschrieben;
- - einer Landeeinrichtung wie zuvor beschrieben; und
- - einem unbemannten Flugobjekt wie zuvor beschrieben.
-
Zuletzt betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Transportieren einer Nutzlast in einem Transportbehälter wie zuvor beschrieben mittels eines unbemannten Flugobjekts, mit den Schritten:
- - lösbares Befestigen des Transportbehälters und/oder der Nutzlast an einem unbemannten Flugobjekt;
- - lösbares Befestigen des Transportbehälters auf einer Landeeinrichtung wie zuvor beschrieben; und
- - Lösen der Befestigung des Transportbehälters und/oder der Nutzlast an dem unbemannten Flugobjekt.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein dem Verfahren entsprechend ausgebildetes Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Transportbehälter, die Landeeinrichtung, das unbemannte Flugobjekt, das System und das Verfahren entsprechend den für den Transportbehälter, die Landeeinrichtung und das unbemannte Flugobjekt in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
-
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Transportbehälter mit einer darin aufgenommenen Nutzlast mittels eines unbemannten Flugobjekts transportiert wird. Der Transportbehälter ist dazu ausgebildet, die Nutzlast aufzunehmen und zu sichern. Der Transportbehälter umfasst eine Behälter-Schnittstelle, die mit einer Lande-Schnittstelle der Landeinrichtung korrespondiert. Beim Übergeben des Transportbehälters zwischen unbemanntem Flugobjekt und Landeeinrichtung wirken die Behälter-Schnittstelle und die Lande-Schnittstelle derart zusammen, dass eine aktive Kopplung durch einen Aktor am Transportbehälter (Behälter-Aktor) oder einen Aktor an der Lande-Schnittstelle (Lande-Aktor) bewirkt wird. Unter einem aktiven Koppeln versteht sich dabei ein aktorisches Herstellen einer festen Verbindung. In anderen Worten wird durch eine Aktion seitens des Transportbehälters oder der Landeeinrichtung eine Befestigung bewirkt. Der Aktor, also dasjenige Element, das das aktive Befestigen bewirkt, ist dabei auf einer Seite angeordnet. Auf der anderen Seite ist eine entsprechende Aufnahme (Lande-Aufnahme, wenn diese auf Seiten der Lande-Schnittstelle angeordnet ist, oder Behälter-Aufnahme, wenn diese auf Seiten des Transportbehälters angeordnet ist) vorgesehen, die dem Aktor das Befestigen ermöglicht (passives Koppeln). Unter einem passiven Koppeln wird dabei also insbesondere ein Koppeln ohne eigene Aktion verstanden. Insbesondere kann die Verbindung beispielsweise mechanisch mittels eines mechanischen Aktors, der ein mechanisches Festlegen bewirkt, erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass eine elektronische Kopplung beispielsweise mittels eines Elektromagneten vorgesehen ist.
-
Die erfindungsgemäße Landeeinrichtung ist dabei sozusagen als Gegenstück zum erfindungsgemäßen Transportbehälter ausgestaltet. Die Lande-Schnittstelle korrespondiert mit der Behälter-Schnittstelle. Zumindest eine der beiden Schnittstellen weist einen entsprechenden Aktor auf. Die andere der beiden Schnittstellen weist eine entsprechende Aufnahme auf. Aktor und Aufnahme wirken zusammen, um eine Befestigung bzw. eine Verbindung herzustellen. Diese Verbindung kann in aktiver Weise hergestellt und gelöst werden. Insbesondere kann die Verbindung durch ein elektronisches Signal (Steuersignal) hergestellt oder gelöst werden.
-
Das erfindungsgemäße unbemannte Flugobjekt ist dazu ausgebildet, den Transportbehälter mittels einer Transport-Schnittstelle zu befestigen. Auch diese Schnittstelle des unbemannten Flugobjekts ermöglicht ein lösbares Ankoppeln des Transportbehälters und/oder der Nutzlast. Dabei kann einerseits die Verbindung mit dem Transportbehälter direkt hergestellt werden und andererseits auch die Nutzlast befestigt werden, wenn diese dann wiederum am Transportbehälter befestigt ist. In anderen Worten ist es also auch möglich, dass die Verbindung zwischen unbemanntem Flugobjekt und Transportbehälter sozusagen über die Nutzlast hergestellt wird.
-
Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen zum Überbringen von Nutzlasten durch unbemannte Flugobjekte ermöglicht die vorliegende Erfindung insbesondere eine Verwendung im Bereich der Windkraftanlagen. Gerade bei Offshore-Windparks, aber auch bei anderen Windkraftanlagen, kann eine sichere Lastablage erreicht werden, da ein Verbleib der Nutzlast am Ablageort aufgrund der Verbindung zwischen Transportbehälter und Landeeinrichtung gewährleistet werden kann. Es kann sichergestellt werden, dass die Nutzlast nicht aufgrund von Wettereinflüssen verloren geht, auch wenn diese erst nach längerer Standzeit von beispielsweise mehreren Wochen weiterverwendet werden kann. Wenn also beispielsweise das Material für eine Wartung bereits frühzeitig an den Bestimmungsort an der Windkraftanlage überbracht wird, die Wartung jedoch erst zu einem späteren Zeitpunkt ausgeführt werden kann, bleibt ein sicherer Betriebszustand gewährleistet. Die Sicherheit des unbemannten Flugobjekts, des Materials sowie der Windkraftanlage und der Umgebung bleibt zu jedem Zeitpunkt gewährleistet. Ein sicherer Betriebszustand bleibt permanent erhalten. Im Vergleich zu bisherigen Ansätzen des Überbringens einer Nutzlast von einem Serviceschiff mit Ladetransport-Funktion per Kran an die Windkraftanlage kann ein Effizienzgewinn erreicht werden. Eine Verwendung eines Serviceschiffs ist nicht notwendig.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Transportbehälters ist die Behälter-Schnittstelle dazu ausgebildet, beim Übergeben des Transportbehälters von der Landeeinrichtung an das unbemannte Flugobjekt die Befestigung des Transportbehälters an der Lande-Schnittstelle erst zu lösen, wenn der Transportbehälter an dem unbemannten Flugobjekt befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ ist die Behälter-Schnittstelle dazu ausgebildet, beim Übergeben des Transportbehälters von dem unbemannten Flugobjekt an die Landeeinrichtung den Transportbehälter an der Lande-Schnittstelle zu befestigen, bevor der Transportbehälter von dem unbemannten Flugobjekt gelöst wird. Es wird also sichergestellt, dass der Transportbehälter zu jedem Zeitpunkt entweder am unbemannten Flugobjekt oder an der Landeeinrichtung befestigt ist. Es gibt keinen Zeitpunkt, zu dem ein Betriebszustand insoweit unsicher ist, als der Transportbehälter durch Umwelteinflüsse (insbesondere Wind) verloren gehen oder beschädigt werden kann. Die Sicherheit der Nutzlast und der Umgebung bleiben gewährleistet.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Behälter-Schnittstelle mehrere Überstände zum Eingreifen in mehrere Überstandsaufnahmen der Lande-Schnittstelle. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Behälter-Schnittstelle mehrere Überstandsaufnahmen zum Aufnehmen von mehreren Überständen der Lande-Schnittstelle. Durch Überstände, wie beispielsweise Dornen, Riegel, Stifte oder Bolzen, und entsprechende Aufnahmen, um diese aufzunehmen, kann ein Verrutschen der Nutzlast verhindert werden. Zudem kann der Behälter-Aktor bzw. der Lande-Aktor an den Überständen bzw. an den Überstandsaufnahmen angeordnet sein und in effizienter Weise eine Verbindung zwischen Transportbehälter und Landeeinrichtung herstellen. Insbesondere genügt es beispielsweise, dass an einem oder mehreren Überständen ein Bolzen ausgefahren oder eingeklinkt wird, der ein Herausziehen des Überstands aus der
-
Überstandsaufnahme verhindert. Entsprechend kann der Bolzen selbstverständlich auch an der Überstandsaufnahme ausgefahren werden. Es ergibt sich eine effiziente Herstellbarkeit sowie eine sichere Verbindung zwischen Transportbehälter und Landeeinrichtung.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Transportbehälter eine Flugobjekt-Schnittstelle zum lösbaren Befestigen des Transportbehälters an dem Flugobjekt. Die Flugobjekt-Schnittstelle ist hinsichtlich ihrer Funktionalität vorzugsweise entsprechend der Lande-Schnittstelle ausgebildet. Durch eine zusätzlich vorgesehene Flugobjekt-Schnittstelle kann ein flexibles Befestigen des Transportbehälters an dem Flugobjekt erreicht werden. Eine sichere und leicht herzustellende Verbindung wird ermöglicht. Wenn die Flugobjekt-Schnittstelle hinsichtlich ihrer Funktionalität entsprechend der Lande-Schnittstelle ausgebildet ist, bewirkt dies, dass das Flugobjekt auch ohne Transportbehälter an der Lande-Schnittstelle lösbar befestigt werden kann. In anderen Worten kann das unbemannte Flugobjekt sozusagen eine Ruheposition einnehmen, in der es ebenfalls an der Landeeinrichtung festgelegt ist und damit Wettereinflüssen widerstehen kann. Beispielsweise wird das unbemannte Flugobjekt, wenn es sich direkt mit der Lande-Schnittstelle verbindet, nicht von einer Windböe erfasst und weggeweht. Es ergibt sich eine weiter verbesserte Sicherheit.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Landeeinrichtung ist die Lande-Schnittstelle dazu ausgebildet, beim Übergeben des Transportbehälters von der Landeeinrichtung an das unbemannte Flugobjekt die Befestigung des Transportbehälters an der Lande-Schnittstelle erst zu lösen, wenn der Transportbehälter an dem unbemannten Flugobjekt befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ ist die Lande-Schnittstelle dazu ausgebildet, beim Übergeben des Transportbehälters von dem unbemannten Flugobjekt an die Landeeinrichtung den Transportbehälter an der Lande-Schnittstelle zu befestigen, bevor der Transportbehälter von dem unbemannten Flugobjekt gelöst wird. Dies bewirkt, dass unsichere Betriebszustände vermieden werden. Es wird sichergestellt, dass der Transportbehälter sowohl beim Übergeben vom Flugobjekt an die Landeeinrichtung als auch in der entgegengesetzten Richtung ständig an zumindest einer der beiden beteiligten Einheiten befestigt ist. Entweder ist der Transportbehälter an der Landeeinrichtung festgelegt oder am unbemannten Flugobjekt. Es gibt keinen unsicheren Betriebszustand, in dem der Transportbehälter beispielsweise durch eine Windböe weggeweht werden könnte.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Landeeinrichtung zum Anbringen auf einer Windkraftanlage, vorzugsweise einer Offshore-Windkraftanlage, ausgebildet. Insbesondere kann die Landeeinrichtung im Bereich der Gondel, besonders bevorzugt auf der Gondel, angebracht sein. Es ist aber ebenfalls möglich, dass ein Anbringen auf einer speziell vorgesehenen Landeplattform am Turm oder am Fußbereich einer Offshore-Windkraftanlage vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung ist für die Verwendung bei Windkraftanlagen, insbesondere Offshore-Windkraftanlagen, gut geeignet, da es in diesem Kontext notwendig ist, dass auch bei Wind und Wetter eine Übergabe eines Transportbehälters sicher vorgenommen werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das unbemannte Flugobjekt dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob eine Landeeinrichtung an einem Ziel verfügbar ist, bevor der Transportbehälter an die Landeeinrichtung übergeben wird. Zusätzlich oder alternativ ist das unbemannte Flugobjekt dazu ausgebildet, eine Ausrichtung der Landeeinrichtung zu erfassen und eine Ausrichtung des unbemannten Flugobjekts basierend darauf anzupassen, bevor der Transportbehälter an die Landeeinrichtung übergeben wird. Durch die zusätzliche Überprüfung der Verfügbarkeit kann sichergestellt werden, dass ein Übergeben des Transportbehälters möglich ist. Wenn eine Landeeinrichtung nicht verfügbar ist, beispielsweise aufgrund von Belegung oder wegen eines Defekts, wird diese nicht angesteuert. Unsichere Betriebszustände werden vermieden. Durch eine zusätzliche Anpassung der Ausrichtung des unbemannten Flugobjekts kann der Transportbehälter in einer Lage übergeben werden, die für die Weiterverarbeitung vorteilhaft ist. Beispielsweise kann eine Öffnung des Transportbehälters in Richtung eines sicher zugänglichen Bereichs ausgerichtet werden. Dies bewirkt Vorteile im weiteren Betrieb.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das unbemannte Flugobjekt eine Ablasseinrichtung zum Ablassen des Transportbehälters auf die Landeeinrichtung aus einer Ablassposition oberhalb der Landeeinrichtung, um den Transportbehälter zu übergeben. Durch eine zusätzliche Ablasseinrichtung kann eine weitere Option zum Übergeben des Transportbehälters bereitgestellt werden. Wenn es beispielsweise nicht möglich ist, dass das unbemannte Flugobjekt direkt an die Landeeinrichtung heranfliegt, kann ein Ablassen aus einer Schwebeposition oberhalb der Landeeinrichtung vorgenommen werden. Dies stellt insoweit eine zusätzliche Option dar und erhöht die Freiheitsgrade beim Übergeben des Transportbehälters. Je nach Umgebung und Wetter kann eine angepasste Übergabe eingeleitet werden. Durch die zusätzliche Option bei der Übergabe wird die Sicherheit weiter verbessert.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das unbemannte Flugobjekt zum Versuchen eines Übergebens des Transportbehälters an die Landeeinrichtung ausgebildet, solange eine vordefinierte maximale Anzahl an Übergabeversuchen noch nicht erreicht ist. Weiterhin ist das unbemannte Flugobjekt dazu ausgebildet, eine Nachricht an eine Leitwarte zu übermitteln, eine neue Flugfreigabe und/oder eine Angabe einer Position einer alternativen Landeeinrichtung von der Leitwarte zu empfangen und die alternative Landeeinrichtung anzufliegen, wenn die vordefinierte maximale Anzahl an Übergabeversuchen erreicht ist. Durch die vordefinierte maximale Anzahl wird festgelegt, wie viele Versuche für die Übergabe vorgenommen werden können. Hierdurch können Gefahren für das unbemannte Flugobjekt, wie beispielsweise eine aufgrund einer zu hohen Anzahl an Übergabeversuchen unzureichenden Energieversorgung, oder auch Gefahren für die Umgebung, aufgrund von Wetterbedingungen, die die Übergabe unmöglich machen, vermieden werden. Die Sicherheit aller beteiligten Einheiten wird weiter erhöht.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Behälter-Schnittstelle und/oder der Lande-Schnittstelle. Durch die Ansteuerung wird bewirkt, dass beim Übergeben des Transportbehälters von der Landeeinrichtung an das unbemannte Flugobjekt die Befestigung des Transportbehälters an der Lande-Schnittstelle erst gelöst wird, wenn der Transportbehälter an dem unbemannten Flugobjekt befestigt ist. Zusätzlich oder alternativ wird mit der Steuervorrichtung und der Ansteuerung bewirkt, dass beim Übergeben des Transportbehälters von dem unbemannten Flugobjekt zu der Landeeinrichtung der Transportbehälter an der Lande-Schnittstelle befestigt wird, bevor der Transportbehälter von dem unbemannten Flugobjekt gelöst wird. Dabei ist die Steuervorrichtung vorzugsweise in dem unbemannten Flugobjekt angeordnet. Wie bereits zuvor beschrieben, wird sichergestellt, dass der Transportbehälter zu jedem Zeitpunkt zumindest an einem der beiden Elemente Landeeinrichtung und unbemanntes Flugobjekt befestigt ist. Es gibt keinen Zeitpunkt, zu dem der Transportbehälter beispielsweise durch einen Windstoß oder durch einen anderen Umwelteinfluss erfasst und beschädigt werden kann. Der Betriebszustand des Systems ist zu jedem Zeitpunkt sicher.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aufnahmebereich des Transportbehälters als geschlossener Behälter mit einer verschließbaren Öffnung zum Einbringen und Entnehmen der Nutzlast ausgebildet. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein geschlossener Behälter verwendet wird, der die Nutzlast vor Umwelteinflüssen schützt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Transportieren einer Nutzlast;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Transportbehälters und einer erfindungsgemäßen Landeeinrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen unbemannten Flugobjekts und eines Transportbehälters;
- 4 eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Ablasseinrichtung;
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Transportieren einer Nutzlast in einem Transportbehälter;
- 6a - 6c eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem Aspekt der Erfindung; und
- 7a - 7c eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens nach einem Aspekt der Erfindung.
-
In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 10 zum Transportieren einer Nutzlast 12 dargestellt. Das System umfasst einen Transportbehälter 14, in dem die Nutzlast aufgenommen ist, eine Landeeinrichtung 16 sowie ein unbemanntes Flugobjekt 18, mit dem die Nutzlast 12 bzw. der Transportbehälter 14 transportiert wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Landeeinrichtung 16 auf einer Windkraftanlage 20 angebracht. Insbesondere ist die Landeeinrichtung 16 oben auf der Gondel 22 der Windkraftanlage 20 befestigt. Das unbemannte Flugobjekt 18 nähert sich der Landeeinrichtung 16 innerhalb eines Anflugkorridors 24 bzw. Landekorridors 26 und setzt den Transportbehälter 14 mit der Nutzlast darauf ab.
-
Der erfindungsgemäße Ansatz zielt insbesondere darauf ab, beim Transportieren von Nutzlasten zu Offshore-Windparks eine sichere Lastablage und einen sicheren Verbleib der Nutzlast am Ablageort zu gewährleisten. Die zu erwartenden Nutzlasten in diesem Anwendungsfeld liegen im Bereich von 200 kg. Es ist notwendig, dass eine abgesetzte Ladung über einen definierten Zeitraum sicher am Ablageort verbleiben kann, da beispielsweise bei einer Reparatur oder einer Wartung die angelieferte Nutzlast nicht zwingend direkt nach der Lieferung weiterverarbeitet wird. In einigen Fällen kann es dazu kommen, dass die Nutzlast erst nach längerer Standzeit auf der Anlage weiterverwendet wird. In dieser Standzeit muss gewährleistet sein, dass die Nutzlast nicht durch Umwelteinflüsse, wie insbesondere starken Wind, verschoben oder von der Anlage bewegt wird. Da nicht in allen Fällen sichergestellt werden kann, dass hierzu das Gewicht der Fracht (Nutzlast) und des Transportbehälters ausreicht, ist es notwendig, eine zusätzliche Sicherheit herzustellen. Im erfindungsgemäßen System wird hierzu eine aktive Verriegelung zwischen Transportbehälter und Landeeinrichtung vorgeschlagen.
-
Das unbemannte Flugobjekt 18 kann insbesondere als Multicopter ausgebildet sein. Es versteht sich aber, dass auch andere unbemannte Flugobjekte verwendet werden können. Insbesondere kann es sich um ein autonomes Flugobjekt handeln, das zum autonomen Fliegen ausgebildet ist und über entsprechende Sensorik verfügt. Es ist aber auch möglich, dass der erfindungsgemäße Ansatz bei ferngesteuerten Flugobjekten verwendet wird.
-
In der 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Transportbehälter 14 sowie eine erfindungsgemäße Landeeinrichtung 16 dargestellt. Die Landeeinrichtung 16 umfasst eine Lande-Schnittstelle 28 mit einem Lande-Aktor 30. Lande-Aktor 30 und Lande-Schnittstelle 28 korrespondieren mit einer entsprechend ausgebildeten Behälter-Schnittstelle 32, die eine Behälter-Aufnahme 34 umfasst. Die Behälter-Schnittstelle 32 sowie die Behälter-Aufnahme 34 sind dabei an der Unterseite des Transportbehälters 14 angeordnet und gestrichelt dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier Lande-Aktoren 30 sowie korrespondierende vier Behälter-Aufnahmen 34 vorgesehen. Die Lande-Aktoren 30 sind an Überständen 36 angebracht und umfassen ausfahrbare Riegel. Die Behälter-Aufnahmen 34 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Überstandsaufnahmen 38 zum Aufnehmen der Überstände 36 ausgebildet. Im aufgenommenen Zustand kann der Lande-Aktor 30 eine Befestigung zwischen Transportbehälter 14 und Landeeinrichtung 16 bewirken, indem er durch Ausfahren kleiner Riegel eine Verriegelung auslöst.
-
Die Lande-Aktoren 30 führen im dargestellten Beispiel insoweit eine aktive Kopplung aus, als sie sich bewegen. Die Behälter-Aufnahmen 34 bewegen sich nicht und führen eine passive Kopplung aus. Im Falle einer magnetischen Befestigung führt diejenige Seite die aktive Kopplung aus, die den Elektromagneten umfasst.
-
Es versteht sich, dass auch eine gespiegelte Anordnung von Aktor und Schnittstelle vorgesehen sein kann. Es ist also möglich, dass der Transportbehälter einen entsprechend ausgebildeten Behälter-Aktor an der Behälter-Schnittstelle 32 aufweist, der dann mit einer Lande-Aufnahme der Lande-Schnittstelle 28 korrespondiert. Entsprechend ist es auch möglich, dass Überstände bzw. Überstandsaufnahmen jeweils im anderen Element vorgesehen sind. Zwischen Behälter-Schnittstelle 32 und Lande-Schnittstelle 28 besteht insoweit vorzugsweise ein mechanisches Eingriffssystem, beispielsweise mit Dornen und Dornaufnahmen. Anstelle von Dornen können auch Riegel, Stifte oder Bolzen verwendet werden. Durch die Verriegelung zwischen Transportbehälter 14 und Landeeinrichtung 16 wird ein Verrutschen des Transportbehälters verhindert. Ebenfalls ist es möglich, dass beide Seiten jeweils aktive (aktorische) und passive (aufnehmende) Komponenten aufweisen, dass also beispielsweise auf beiden Seiten bewegliche Riegel, die mit entsprechenden Aufnahmen korrespondieren, vorhanden sind.
-
Die Zusammenwirkung zwischen Behälter-Schnittstelle 32 und Lande-Schnittstelle 28 ist dabei derart ausgebildet, dass während des Übergebens des Transportbehälters 14 von dem unbemannten Flugobjekt an die Landeeinrichtung oder in entgegengesetzter Richtung zu jedem Zeitpunkt ein sicherer Betriebszustand erhalten bleibt. Unter einem sicheren Betriebszustand versteht sich dabei, dass der Transportbehälter 14 entweder an dem unbemannten Flugobjekt 18 oder an der Landeeinrichtung 16 befestigt ist. Es gibt also keinen Zeitpunkt, zu dem der Transportbehälter 14 an keiner der beiden Seiten festgelegt ist. Hierzu wird die Befestigung des Transportbehälters 14 an der Lande-Schnittstelle 28 erst gelöst, wenn der Transportbehälter 14 an dem Flugobjekt befestigt ist. In entsprechender Weise wird vor dem Lösen des Transportbehälters 14 von dem unbemannten Flugobjekt sichergestellt, dass der Transportbehälter 14 an der Lande-Schnittstelle 28 befestigt ist. Die entsprechende Steuerung kann dabei sowohl mittels eines entsprechenden Prozessors im Transportbehälter 14 als auch mittels eines entsprechenden Prozessors in der Landeeinrichtung 16 oder (bevorzugt) in dem Flugobjekt bewirkt werden. Es versteht sich, dass auch eine aufgeteilte Steuerung möglich ist, bei der mehrere Komponenten zusammenwirken.
-
Der Transportbehälter 14 kann geschlossen sein, um die Nutzlast in einem Aufnahmebereich 37 entsprechend einem Innenraum aufzunehmen. Es ist aber auch möglich, dass der Transportbehälter 14 teilweise offen ist und in der Art eines Rahmens ausgebildet ist, in den die Nutzlast eingestellt werden kann. Der Aufnahmebereich wäre dann offen ausgebildet.
-
In der 3 ist schematisch dargestellt, dass auch an der Oberseite des Transportbehälters 14 eine Flugobjekt-Schnittstelle 39 vorgesehen sein kann, mittels der der Transportbehälter 14 an dem Flugobjekt 18 befestigbar ist. Grundsätzlich ist es möglich, dass der Transportbehälter 14 auf unterschiedliche Arten an dem Flugobjekt 18 befestigt wird. Beispielsweise kann eine Art Greifvorrichtung an dem Flugobjekt 18 vorgesehen sein, die entweder den Transportbehälter 14 oder auch die darin befindliche Nutzlast festlegt.
-
In der Ausführungsform in der 3 korrespondiert die Flugobjekt-Schnittstelle 39 mit einer Transport-Schnittstelle 40, die am Flugobjekt 18 befestigt ist. Diese Transport-Schnittstelle 40 ist dazu ausgebildet, den Transportbehälter 14 lösbar zu befestigen. Die Transport-Schnittstelle 40 ist in der Darstellung insbesondere als Rahmen ausgebildet, der fest mit dem unbemannten Flugobjekt 18 verbunden ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Transport-Schnittstelle 40 bzw. die Flugobjekt-Schnittstelle 39 in entsprechender Weise zu der Behälter-Schnittstelle 32 und der Lande-Schnittstelle 28 ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, dass das Flugobjekt 18 auch direkt an die Landeeinrichtung 16 angekoppelt werden kann. Es kann in diesem Fall also auch eine Verbindung zwischen Transport-Schnittstelle 40 und Lande-Schnittstelle 28 hergestellt werden, sodass sich eine Möglichkeit ergibt, das Flugobjekt 18 in einer sicheren Position zu befestigen bzw. zu parken. Dies ist vorteilhaft, wenn das Flugobjekt 18 beispielsweise während eines Ladevorgangs einer Energieversorgung oder auch während einer Standzeit gesichert werden soll.
-
In der 4 ist dargestellt, dass über eine Ablasseinrichtung 42, beispielsweise mittels einer Seilwinde oder einer ähnlichen Vorrichtung, der Transportbehälter 14 auch aus einer Ablassposition oberhalb der Landeeinrichtung, also aus einem Zustand, in dem das unbemannte Flugobjekt 18 über der Landeeinrichtung schwebt, abgelassen werden kann.
-
In der 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Transportieren einer Nutzlast in einem Transportbehälter dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des lösbaren Befestigens S10 des Transportbehälters und/oder der Nutzlast an einem unbemannten Flugobjekt. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt des lösbaren Befestigens S12 des Transportbehälters auf einer Landeeinrichtung. Zuletzt umfasst das Verfahren einen Schritt des Lösens S14 der Befestigung des Transportbehälters und/oder der Nutzlast an dem unbemannten Flugobjekt.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass es zu keinem Zeitpunkt zu einem unsicheren Betriebszustand kommt, in dem der Transportbehälter weder an dem unbemannten Flugobjekt noch an der Landeeinrichtung befestigt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere von einer Steuervorrichtung in dem unbemannten Flugobjekt ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung bzw. das Verfahren kann insbesondere in Hard- und/oder in Software implementiert sein und in dem unbemannten Flugobjekt 18 angeordnet sein. Es kann in anderen Worten ein Prozessor des unbemannten Flugobjekts 18 mit einer entsprechenden Software als Steuervorrichtung 44 verwendet werden.
-
In den 6a bis 6c bzw. 7a bis 7c sind bevorzugte Prozessabläufe basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren beim Übergeben der Nutzlast in dem Transportbehälter (Behälter, B) von dem unbemannten Flugobjekt (Drohne, D) an die Landeeinrichtung (L) dargestellt.
-
Die Darstellung in den 6a bis 6c ist dabei so zu verstehen, dass die 6b die 6a nach unten verlängert und die 6c wiederum die 6b nach unten verlängert. Dies gilt entsprechend auch für die 7a, 7b und 7c.
-
In den 6a bis 6c ist ein Ansatz beschrieben, bei dem sich der Transportbehälter aktiv mit der Landeeinrichtung verriegelt. Der Transportbehälter weist insoweit einen Behälter-Aktor auf, der mit einer entsprechenden Lande-Aufnahme korrespondiert. Die Landeeinrichtung stellt den passiven Part dar.
-
In den 7a bis 7c umfasst die Landeeinrichtung einen Lande-Aktor und führt aktiv die Verriegelung mit dem Transportbehälter bzw. dessen Behälter-Aufnahme durch. Der Transportbehälter stellt insoweit den passiven Part dar und kann einfacher realisiert werden.
-
In den 6a bis 6c bzw. 7a bis 7c wird weiterhin auf eine Parkposition P Bezug genommen, die den Ort der Aufbewahrung für das unbemannte Flugobjekt (Drohne, D) darstellt, wenn dieses nicht verwendet wird. Der Rahmen R bildet die Transport-Schnittstelle an dem unbemannten Flugobjekt. Der Rahmen R ist lösbar an den Transportbehälter (Behälter, B) anbindbar und fest mit dem unbemannten Flugobjekt verbunden.
-
In der folgenden Beschreibung wird nicht auf jeden Einzelschritt des Prozessablaufs in den 6a bis 6c bzw. 7a bis 7c eingegangen und insoweit auf die Abbildungen verwiesen. Von einer Ausgangsposition aus wird der Landeplatz, der die Landeeinrichtung L umfasst, nach Markierungen abgescannt, anhand derer die Drohne die richtige Position für das Absetzen der Last erkennt. Die Drohne richtet sich anschließend über der Landeeinrichtung aus. Ist die Position erreicht, so senkt sich die Drohne ab und landet auf der Landeeinrichtung L. Nach der Landung wird die Verbindung zwischen Transportbehälter und Landeeinrichtung hergestellt. Entweder verriegelt sich der Transportbehälter aktiv mit der Landeeinrichtung (Alternative 1, „clever“, vgl. 6a bis 6c) oder verriegelt sich die Landeeinrichtung aktiv mit dem Transportbehälter (Alternative 2, „smart“, vgl. 7a bis 7c). Erst wenn diese Verbindung bzw. Verriegelung besteht, die Bedingungen für den Anflug der Drohne vorliegen und die Freigabe zum Abflug erteilt wurde, wird diese Verbindung zwischen Transportbehälter und Drohne (bzw. Rahmen R an der Drohne im Fall der Alternative 2) gelöst. Bis zum Lösen dieser Verbindung kann nicht nur der Behälter, sondern auch die Drohne sicher auf der Landeeinrichtung verbleiben. Ist der Transportbehälter nur noch mit der Landeeinrichtung verbunden, so startet die Drohne wieder von der Landeeinrichtung und absolviert den nächsten Auftrag.
-
Dabei ist es möglich, dass ein bestimmter Ablageort aufgrund von Wetter- oder anderen Einflüssen eine Landung zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht ermöglicht. In diesen Fällen kann vorgesehen sein, dass die Ablage der Nutzlast aus einer schwebenden Position der Drohne über der Landeeinrichtung erfolgt. Anstatt am Ablageort zu landen, wird die Position also in geringem Abstand über dem Ablageort gehalten, sodass die Last mittels einer Ablasseinrichtung abgelassen werden kann, ohne dass diese dabei in starke Schwingungen gerät. Der Abstand zwischen Drohne und Ablageort wird dennoch groß genug gehalten, um die Gefahr einer Kollision, beispielsweise aufgrund einer Windböe, gering zu halten. Die Ablage aus dem schwebenden Zustand ist auch dann vorteilhaft, wenn die Landeeinrichtung nicht fest am Boden verankert ist und sich horizontal und/oder vertikal bewegt bzw. neigt (beispielsweise bei einer Landeeinrichtung auf einem Schiff) oder schwingt (beispielsweise bei einer Landeeinrichtung auf einer Windenergieanlage bei Starkwind).
-
Falls es zu einem Fehlerfall kommt, wird die Landung erneut durchgeführt. Beispielsweise wird die Landung erneut durchgeführt, wenn die Landeeinrichtung nicht mit ausreichender Genauigkeit erreicht würde. Entsprechendes gilt auch für die Verriegelung und Entriegelung des Transportbehälters. Kann eine bestimmte Aktion auch nach mehreren Versuchen nicht erfolgreich durchgeführt werden, so sieht der Prozessablauf eine Sicherung der Drohne und/oder des Transportbehälters vor. Dazu wird die Verriegelung zwischen Landeeinrichtung und Transportbehälter sowie zwischen Drohne und Transportbehälter hergestellt. Ein Verbleib der Drohne auf der Landeeinrichtung ist dann auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen möglich, bis der Fehler entweder aus der Ferne oder vor Ort behoben werden kann.
-
Kann der Transportbehälter auf der Landeeinrichtung nicht gesichert werden, so verlässt die Drohne den Standort wieder mit dem Transportbehälter und begibt sich in eine sichere Position, die entweder vordefiniert ist oder der Drohne auf Anfrage zugewiesen wurde.
-
Die dargestellten Prozessabläufe gewährleisten durch verschiedene Bedingungen in der Abfolge der einzelnen Schritte die Sicherheit von Personen und beteiligten Einheiten. Insbesondere ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass kein Landevorgang durchgeführt wird, während sich Personen in der Nähe der Landeeinrichtung befinden. Dies verhindert eine Gefährdung von Personen. Dies gilt in entsprechender Weise auch für den Start der Drohne. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein Start oder eine Landung nur dann durchgeführt wird, wenn sich die aktuellen Wetterbedingungen innerhalb definierter Grenzen abspielen. Start und Landung der Drohne sind besonders sensible Schritte. Der Start erfolgt vorzugsweise erst dann, wenn die Wettergrenzen innerhalb des vordefinierten Bereichs sind. Wenn es bei einer Landung zu ungünstigen Wetterbedingungen außerhalb der vordefinierten Grenzen kommt, so kann der Drohne ein alternativer Landeplatz zugewiesen werden. Jeder Landeplatz kann dabei eigene Wettergrenzen vorgeben. Beispielsweise kann eine Landung auf einer Offshore-Substation auch bei höheren Geschwindigkeiten noch sicherer möglich sein als eine Landung auf einer Gondel einer Windenergieanlage oder auf einem Schiff. Hinsichtlich der Reihenfolge der Ver- und Entriegelung ist insbesondere vorgesehen, dass vor einer Verriegelung des Transportbehälters dieser zunächst mit einem anderen Systemelement verriegelt wird. Beispielsweise wird der Transportbehälter bei der Ablage zunächst mit der Landeeinrichtung verriegelt, bevor die Verbindung zur Drohne bzw. zum Rahmen an der Drohne entriegelt wird. Dadurch ist der Behälter zu jeder Zeit mindestens an einem Systemelement festgelegt.
-
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
-
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
