DE102021100624A1 - Arrangement for supplying drones of a drone swarm - Google Patents
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Abstract
Eine Anordnung zur Versorgung von Drohnen (10) eines Drohnenschwarms mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien, wobei zumindest ein Teil der Energie oder der Verbrauchsmaterialien Paketform hat; ein Speicher (18) zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen (16) mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien vorgesehen ist; und eine Paketwechselstation (36) zum Austausch von entladenen und/oder verbauchten Paketen (16) gegen Pakete (16) aus dem Speicher (18) vorgesehen ist, ist gekennzeichnet durch einen Landeplatz (22) für die Drohnen (10) des Drohnenschwarms und Fördermittel (62) zur Beförderung der gelandeten Drohnen (10) zu einer Station (36).An arrangement for supplying drones (10) in a swarm of drones with energy and/or consumables, at least some of the energy or consumables being in packet form; a store (18) is provided for providing a large number of packages (16) with energy and/or consumables; and a package changing station (36) for exchanging unloaded and/or used packages (16) for packages (16) from the store (18) is provided, is characterized by a landing pad (22) for the drones (10) of the drone swarm and conveying means (62) for transporting the landed drones (10) to a station (36).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Versorgung von Drohnen eines Drohnenschwarms mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien, wobei
- (a) zumindest ein Teil der Energie oder der Verbrauchsmaterialien Paketform hat;
- (b) ein Speicher zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien vorgesehen ist; und
- (c) eine Paketwechselstation zum Austausch von entladenen und/oder verbauchten Paketen gegen Pakete aus dem Speicher vorgesehen ist.
- (a) at least some of the energy or consumables are in packet form;
- (b) a store is provided for the provision of a multiplicity of packages with energy and/or consumables; and
- (c) a packet exchange station is provided for exchanging unloaded and/or used packets for packets from the store.
Eine Drohne ist ein unbemanntes Flugobjekt, das beispielsweise von einer Zentrale aus gesteuert werden kann. Es gibt ferner Drohnenschwärme. Solche Drohnenschwärme bestehen aus einer Vielzahl von Drohnen, die von der gleichen Zentrale aus gesteuert werden. Drohnen in Drohnenschwärmen werden nicht einzeln gesteuert, sondern immer im Zusammenwirken mit anderen. Die gemeinsame Steuerung verhindert beispielsweise, dass die Drohnen kollidieren, das Sichtfeld von Kameras an anderen Drohnen des Schwarms beeinträchtigen oder eine Aufgabe in unnötiger und/oder unerwünschter Weise doppelt erledigen.A drone is an unmanned flying object that can be controlled from a control center, for example. There are also swarms of drones. Such drone swarms consist of a large number of drones that are controlled from the same control center. Drones in drone swarms are not controlled individually, but always in cooperation with others. For example, shared control prevents the drones from colliding, obstructing the field of view of cameras on other drones in the flock, or duplicating a task in an unnecessary and/or undesired manner.
Stand der TechnikState of the art
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten beim Ausbringen von Verbrauchsmaterial mit einer Anordnung der eingangs genannten Art zu senken.It is the object of the invention to reduce the costs when deploying consumables with an arrangement of the type mentioned at the outset.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Anordnung der eingangs genannten Art, enthaltend:
- (d) einen Landeplatz für die Drohnen des Drohnenschwarms; und
- (e) Fördermittel zur Beförderung der gelandeten Drohnen zu einer Station;
- (d) a landing pad for the drones of the drone swarm; and
- (e) funding to transport the landed drones to a station;
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Kosten gesenkt werden können, wenn die Drohnen schneller mit Verbrauchsmaterial und/oder Energie versorgt werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein fester Landeplatz für die Drohnen vorgesehen. Die Drohnen brauchen keine hohe Landegenauigkeit, sondern werden mit den Positioniermitteln auf die Sollposition positioniert und mit Fördermitteln zu einer Station an einem anderen Ort befördert. Die Positioniermittel können vor den Fördermitteln und/oder an der Station vorgesehen sein. Der Landeplatz ist typischerweise kostengünstiger als eine Station. Es können auch mehrere Landeplätze für jede Station vorgesehen sein.The invention is based on the knowledge that costs can be reduced if the drones are supplied with consumables and/or energy more quickly. In the solution according to the invention, a fixed landing pad is provided for the drones. The drones do not need high landing accuracy, but are positioned to the target position with the positioning means and conveyed to a station at a different location by means of funding. The positioning means can be provided in front of the conveyor means and/or at the station. The landing pad is typically less expensive than a station. Multiple landing pads can also be provided for each station.
Die Drohnen können bei Verwendung eines gesonderten Landeplatzes unabhängig von beispielsweise Wetterverhältnissen mit hoher Landefrequenz landen. Dadurch, dass Landeplatz und Station getrennt sind, können nachfolgende Drohnen bereits landen, während die Drohnen noch an der Station versorgt werden. Die nachfolgenden Drohnen müssen mit der Landung nicht warten, bis die Versorgung einer Drohne abgeschlossen ist und die Station frei wird. Dadurch kann eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit für die Drohnen erreicht werden. Die Drohnen sind schneller wieder einsatzbereit. Es werden weniger Drohnen und weniger Versorgungsanordnungen für die gleiche Aufgabe benötigt.When using a separate landing pad, the drones can fly independently of, for example, weather conditions with a high landing frequency land quickly. Due to the fact that the landing field and station are separate, subsequent drones can already land while the drones are still being supplied at the station. The following drones do not have to wait until the supply of a drone has been completed and the station is free before landing. This allows a higher throughput speed for the drones to be achieved. The drones are ready for use again more quickly. Fewer drones and fewer supply arrangements are needed for the same task.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnungen können in gleicher Zeit mehr Drohnen versorgt werden. Dadurch kann eine höhere Menge an Verbrauchsmaterial zum Einsatzort geflogen werden. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz von kleineren, kostengünstigeren Drohnen mit geringem Eigengewicht und geringerem Energiebedarf. Der Ausfall einer Drohne ist mit einem erheblich geringeren Risiko verbunden, als bei großen Lastdrohnen oder Hubschraubern. Auch wenn eine Drohne des Drohnenschwarms ausfällt, ist der Einsatz weiterhin durch die anderen Drohnen gesichert. Der wirtschaftliche Schaden ist erheblich geringer. Auch lassen sich kleinere Drohnen leichter transportieren, lagern und ersetzen.With the arrangements according to the invention, more drones can be supplied at the same time. This allows a higher amount of consumables to be flown to the scene. This in turn enables the use of smaller, more cost-effective drones with a low dead weight and lower energy requirements. The failure of a drone is associated with a significantly lower risk than with large cargo drones or helicopters. Even if one drone in the drone swarm fails, the other drones continue to provide support. The economic damage is significantly less. Smaller drones are also easier to transport, store and replace.
Da die Drohnen vergleichsweise kostengünstig und unbemannt sind, können diese rund um die Uhr, also auch nachts und bei schlechter Sicht eingesetzt werden. Es sind, beispielsweise bei Bränden, erheblich weniger Einsatzkräfte erforderlich. Es kann mehr Verbrauchsmaterial pro 24 h ausgebracht werden. Die Drohnen können tiefer über Risikogebiete, etwa Brände in Bereichen mit Explosionsgefahr fliegen. Dadurch wird die Abwurfgenauigkeit verbessert.Since the drones are comparatively inexpensive and unmanned, they can be used around the clock, including at night and when visibility is poor. In the event of a fire, for example, considerably fewer emergency services are required. More consumables can be deployed per 24 hours. The drones can fly lower over risk areas, such as fires in areas with a risk of explosion. This improves the throwing accuracy.
Anders als bei der Verwendung eines einzelnen Hubschraubers oder einer Lastdrohne ermöglichen Drohnenschwärme das Ausbringen von Verbrauchsmaterial nicht nur an einem Punkt, sondern in einem gewünschten Bereich. So kann eine vorbeugende Benetzung oder Bewässerung erfolgen oder bestimmte Bereiche stark und andere Bereiche weniger benetzt werden.Unlike using a single helicopter or cargo drone, swarms of drones allow consumables to be deployed not just at one point, but at a desired area. In this way, preventive wetting or irrigation can take place, or certain areas can be heavily wetted and other areas less wetted.
Sowohl die Versorgung mit Verbrauchsmaterial, als auch die Energieversorgung kann in Form von Paketen erfolgen. Die Energieversorgung kann durch Austausch eines mit Brennmaterial befüllten Tanks erfolgen. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Pakete elektrische Akkumulatoren oder Batterien umfassen. Akkumulatoren können mit klimaneutral erzeugter Energie geladen sein. Das Laden der Akkumulatoren kann an jedem beliebigen Ort erfolgen. Vorteilhafterweise ist jedoch vorgesehen, dass der Speicher eine Ladevorrichtung zum Wiederaufladen der Akkumulatoren vor Ort aufweist. Dann kann die Anordnung quasi beliebig lange am Einsatzort bleiben. Es müssen keine Akkumulatoren zwischen Einsatzort und Ladevorrichtung bewegt werden.Both the supply of consumables and the energy supply can be in the form of packages. The energy can be supplied by exchanging a tank filled with combustible material. However, it is preferably provided that the packs include electrical accumulators or batteries. Accumulators can be charged with energy generated in a climate-neutral manner. The accumulators can be charged at any desired location. Advantageously, however, it is provided that the store has a charging device for recharging the accumulators on site. The arrangement can then remain at the place of use for as long as is desired. No accumulators have to be moved between the place of use and the charging device.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Speicher zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen vorgesehen sind, und die Paketwechselstation derart ausgebildet ist, dass ein Paket von der Drohne in einen ersten Speicher entladen und ein unverbrauchtes Paket aus einem zweiten Speicher in die Drohne geladen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Speicher wechselseitig ein verbrauchtes Paket aufnehmen und ein neues, unverbrauchtes Paket bereitstellen. Dadurch werden Leerfahrten oder Leerbewegungen von Greifern oder Hebern an der Paketwechselstation vermieden. Another embodiment provides that at least two stores are provided to provide a large number of packages, and the package changing station is designed in such a way that a package is unloaded from the drone into a first store and an unused package is loaded into the drone from a second store will. In particular, it can be provided that the memories alternately receive a used packet and provide a new, unused packet. This avoids empty runs or empty movements of grippers or lifters at the package changing station.
Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Drohne den Zugang zum Paket von zwei Seiten ermöglicht. Dann kann ein Paket von einer Seite bereits eingeschoben werden, während das andere Paket noch entladen wird. Die Verwendung von zwei Speichern kann eine weitere Verkürzung der Durchlaufzeiten erreicht werden.This is particularly advantageous if the drone allows access to the package from two sides. A package can then be pushed in from one side while the other package is still being unloaded. The use of two stores can further reduce throughput times.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Ladestation zum Laden von Wasser, Feuerlöschmittel, Flüssigkeiten zum Ausbringen auf landwirtschaftlichen Flächen oder anderen Verbrauchsmaterialien vorgesehen. Diese Verbrauchsmaterialien werden zusätzlich zur Energieversorgung in die Drohne geladen.In one embodiment of the invention, at least one charging station is provided for charging water, fire extinguishing agents, liquids for spreading on agricultural land, or other consumables. These consumables are loaded into the drone in addition to the power supply.
Auch die Verbrauchmaterialien können paketweise vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass das Verbrauchsmittel an der Ladestation gasförmig oder flüssig ist und mittels Druckbeladung - analog einer Druckbetankung im Flugverkehr - in einen in einer Drohne vorgesehenen Tank einfüllbar ist. Dadurch wird zusätzliches Gewicht in Form eines zusätzlichen Behälters und zugehöriger Befestigungsmittel vermieden. Die Druckbeladung ermöglicht eine besonders schnelle Beladung und hohe Durchlaufgeschwindigkeiten. Eine weitere Verkürzung der Beladungsdauer wird durch die Verwendung von zwei oder mehr Beladungsstutzen erreicht. Das Befüllen des unter Druck stehenden Tanks kann langsamer aus einer Quelle für Verbrauchsmaterialien aus der näheren Umgebung erfolgen. So kann beispielsweise Wasser aus Seen, Flüssen, fahrzeuggebundenen Wassertanks oder Hydranten zum Befüllen des unter Druck stehenden Tanks verwendet werden.The consumables can also be in packages. However, it is also possible that the consumable at the charging station is gaseous or liquid and can be filled into a tank provided in a drone by means of pressure charging—similar to pressure refueling in air traffic. This avoids additional weight in the form of an additional container and associated fastening means. Pressure loading enables particularly fast loading and high throughput speeds. A further shortening of the loading time is achieved by using two or more loading nozzles. Filling the pressurized tank may be slower from a nearby consumable source. For example, water from lakes, rivers, vehicle-mounted water tanks or hydrants can be used to fill the pressurized tank.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, räumlich voneinander getrennte Paketwechsel- und/oder Ladestationen und Fördermittel zum Befördern der Drohnen von Station zu Station vorgesehen. Dies erlaubt die Trennung von beispielsweise stromführenden Komponenten, wie Akkumulatoren, von Verbrauchsmaterialien, wie beispielsweise Wasser. Die Trennung der Stationen vermeidet gegenseitige Störungen, wie beispielsweise Kontamination oder Kurzschlüsse.In a preferred embodiment of the invention, several spatially separate package changing and / or charging stations and funding for transporting the drones provided station to station. This allows the separation of, for example, current-carrying components such as accumulators from consumables such as water. Separating the stations avoids mutual interference, such as contamination or short circuits.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Positioniermittel zur Positionierung der Drohne in einer Sollposition vorgesehen sind und der Landeplatz für die Drohnen des Drohnenschwarms und die Sollposition bodengebunden sind. Dadurch wird eine hohe Stabilität und Erreichbarkeit gewährleistet.It is preferably provided that positioning means are provided for positioning the drone in a target position and the landing site for the drones of the drone swarm and the target position are ground-based. This ensures high stability and availability.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Landeplatz auseinander genommen werden kann und/oder zusammenfaltbar, zusammensteckbar, zusammenschiebbar oder auf andere Weise auf geringere Abmessungen verkleinerbar ist. Dadurch wird der Transport und die Lagerung außerhalb eines Einsatzes erleichtert. Der Landeplatz kann aber dennoch ausreichend groß dimensioniert werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that the landing pad can be dismantled and/or folded up, plugged together, pushed together or reduced to smaller dimensions in some other way. This facilitates transport and storage when not in use. However, the landing area can still be dimensioned sufficiently large.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Speicher zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen klimatisierbar ist. Die Leistungsfähigkeit von Akkumulatoren kann bei zu niedrigen oder zu hohen Temperaturen beeinträchtigt sein. Auch Verbrauchsmaterial kann eine Klimatisierung erforderlich machen. Insbesondere bei der Brandbekämpfung im Sommer können sehr hohe Temperaturen auftreten, welche für die Akkumulatoren schädlich sein können.In a further embodiment of the invention, it is provided that the store can be air-conditioned to provide a large number of packages. The performance of accumulators can be impaired if the temperatures are too low or too high. Consumables can also make air conditioning necessary. Especially when fighting fires in summer, very high temperatures can occur, which can be harmful to the accumulators.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Fördermittel zum Transport von Paketen zwischen einem Lagerplatz im Speicher und der Paketwechselstation vorgesehen. Derartige Fördermittel können beispielsweise einen schienengebundenen Wagen mit einem Heber, Greifer oder dergleichen umfassen. Der Heber hebt ein Paket von einem Speicherplatz im Speicher und fährt mit dem Wagen zur Paketwechselstation, wo das Paket in oder an der Drohne platziert wird.In a preferred embodiment of the invention, conveying means are provided for transporting packages between a storage location in the store and the package changing station. Such funding can include, for example, a rail car with a lifter, gripper or the like. The lifter lifts a package from a storage location and drives the cart to the package exchange station where the package is placed in or on the drone.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung in Modulbauweise aus einem oder mehreren getrennten Modulen besteht, von denen jedes auf einem für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassenen Fahrzeug transportierbar ist. Wenn jeder der Container auf dem Chassis eines LKW transportiert wird, ist kein zusätzlicher Anhänger erforderlich, so dass auch Fahrer oder Fahrerinnen ohne Fahrerlaubnis für Anhänger die Container bewegen können.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that the arrangement consists of a modular design of one or more separate modules, each of which can be transported on a vehicle approved for public road traffic. If each of the containers is transported on the chassis of a truck, no additional trailer is required, which means that drivers without a trailer license can also move the containers.
Die Anordnung kann aufweisen
- (a) ein erstes Modul mit einem Container mit dem Speicher zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen; und
- (b) ein zweites Modul mit einem Landeplatz und Fördermitteln zum Befördern von Drohnen.
- (a) a first module having a container with the storage for providing a plurality of packages; and
- (b) a second module with a landing pad and funding to carry drones.
Beispielsweise können auch zwei Speicher in Form von zwei handelsüblichen Containern vorgesehen sein und ein Chassis oder Container, mit dem dem Landeplatz, Positioniermittel und Fördermittel beförderbar sind. Dann kann die gesamte Infrastruktur für die Versorgung der Drohnen mit drei Containern etwa auf hierfür vorgesehenen LKWs zu einem sicheren Platz in der Nähe des Einsatzorts gebracht werden.For example, two stores can also be provided in the form of two commercially available containers and a chassis or container with which the landing pad, positioning means and funding means can be transported. Then the entire infrastructure for supplying the drones with three containers, for example on trucks provided for this purpose, can be brought to a safe place near the deployment site.
Vorteilhafterweise ist eine Steuerung vorgesehen, welche mit Signalen der Drohnen des Drohnenschwarms beaufschlagt ist. Dann wird nicht jede Drohne einzeln, sondern alle Drohnen gemeinsam aus einer Zentrale gesteuert. Die Drohnen liefern umgekehrt Signale, etwa zu Höhe, geographischer Lage, Ausrichtung, Fluggeschwindigkeit, Zustand von Energieversorgung und Verbrauchsmaterial und dergleichen mehr.Advantageously, a controller is provided, which is acted upon by signals from the drones of the drone swarm. Then not every drone is controlled individually, but all drones together from a control center. Conversely, the drones provide signals such as altitude, geographic location, orientation, flight speed, status of energy supply and consumables and the like.
Insbesondere kann jede der Drohnen des Drohnenschwarms eine Kamera und einen Sender-Empfänger aufweisen, und die Steuerung kann mit den von der Kamera aufgenommenen Bildern beaufschlagt sein. Diese Bilder und Ergebnisse ihrer Auswertung können bei der Steuerung nachfolgender Drohnen berücksichtigt werden.In particular, each of the drones in the swarm of drones can have a camera and a transceiver, and the controller can be acted upon by the images recorded by the camera. These images and the results of their evaluation can be taken into account when controlling subsequent drones.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass jede der Drohnen einen GPS-Empfänger oder andere Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung der geographischen Position aufweist und die zentrale Steuerung mit den Signalen der Positionsbestimmungsmittel beaufschlagt ist.Provision is advantageously made for each of the drones to have a GPS receiver or other position-determining means for determining the geographic position, and for the central controller to be supplied with the signals from the position-determining means.
Vorzugsweise weist die Steuerung Datenverarbeitungsmittel auf, mit welchen aus Signalen einer Infrarotkamera, eines Pyrometers und/oder anderen Signalen der Drohnen des Drohnenschwarms Flugbahnen und Abwurforte und/oder -zeiten zum Abwerfen von Verbrauchsmitteln bestimmbar sind. Die Vielzahl der Drohnen ermöglicht nicht nur den gezielteren Abwurf von Löschmittel und beispielsweise die gezieltere Brandbekämpfung, etwa aus Temperaturprofilen, sondern auch die Bestimmung des Zustands des Einsatzortes und den Erfolg von Maßnahmen - nicht nur von Maßnahmen des Drohnenschwarms. Mit Hilfe der Datenverarbeitungsmittel können die Einsätze der nachfolgenden Drohnen ggf. angepasst und optimiert werden.The controller preferably has data processing means with which flight paths and dropping locations and/or times for dropping consumables can be determined from signals from an infrared camera, a pyrometer and/or other signals from the drones of the drone swarm. The large number of drones not only enables the more targeted dropping of extinguishing agents and, for example, more targeted firefighting, for example from temperature profiles, but also the determination of the condition of the operation site and the success of measures - not just measures taken by the drone swarm. With the help of the data processing means, the operations of the subsequent drones can be adjusted and optimized if necessary.
Vorteilhafterweise weist die Steuerung Speichermittel zur Speicherung von potentiellen Hindernissen oder Gefahrenquellen in den Flugbahnen der Drohnen auf, welche bei der Steuerung der Drohnen berücksichtigbar sind. Derartige Hindernisse können Gebäude, Strom und/oder Wasserleitungen oder andere künstliche oder natürliche Installationen sein, welche ggf. eine Anpassung der Flugbahn erforderlich machen. Die Drohen können diesen ausweichen und beispielsweise über- oder umfliegen. Die Hindernisse, beispielsweise Türme oder dergleichen, können als Markierung beim Abgleich der Flugbahn mit einer Sollflugbahn dienenAdvantageously, the controller has storage means for storing potential obstacles or sources of danger in the trajectories of the Drones, which can be taken into account when controlling the drones. Such obstacles can be buildings, power and/or water lines or other man-made or natural installations, which may necessitate an adjustment of the flight path. The drones can avoid these and, for example, fly over or around them. The obstacles, for example towers or the like, can be used as markers when comparing the trajectory with a target trajectory
Die Steuerung kann Datenverarbeitungsmittel und Speichermittel für die Realisierung vorgegebener Flugszenarien bei der Steuerung der Drohnen des Drohnenschwarms aufweisen. Insbesondere können die vorgegebenen Flugszenarien vorbeugende Maßnahmen umfassen. Ein Beispiel für eine solche Flugszene ist die Benetzung der Umgebung einer Siedlung oder eines Gebäudekomplexes um zu verhindern, dass ein Brand sich in diesen Bereich ausbreitet. Diese Szene kann bereits vorab gespeichert sein und als vorbeugende Maßnahme verwirklicht werden. Wenn der Drohnenschwarm ein Insektizid oder Pflanzenschutzmittel ausbringen soll, kann eine solche Flugszene beispielsweise geschützte Bereiche von der Ausbringung ausnehmen. Auch der Flug durch Munitionsbelastung besonders gefährliche Gebiete können bei einer Flugszene ausgenommen werden.The controller can have data processing means and storage means for the implementation of predetermined flight scenarios when controlling the drones of the drone swarm. In particular, the specified flight scenarios can include preventive measures. An example of such a flight scene is wetting the area surrounding a settlement or building complex to prevent a fire from spreading to this area. This scene can be stored in advance and implemented as a preventive measure. If the swarm of drones is to apply an insecticide or crop protection product, such a flight scene can, for example, exclude protected areas from application. Flights in areas that are particularly dangerous due to ammunition loads can also be excluded from a flight scene.
Die Steuerung kann ein lernendes System zum Anpassen der Flugszenarien an die einer vorgegebenen Aufgabe zugrundeliegende Realität umfassen, welche mit Kameras und/oder Sensoren erfasst oder vorab aus einem Speicher übertragen wurde. Ein solches lernendes System (künstliche Intelligenz) kann beispielsweise die Wirksamkeit von Maßnahmen berücksichtigen.The controller can include a learning system for adapting the flight scenarios to the reality on which a given task is based, which reality was recorded with cameras and/or sensors or previously transmitted from a memory. Such a learning system (artificial intelligence) can, for example, take into account the effectiveness of measures.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuerung als zentrale Steuerung am Boden ausgebildet ist und/oder an einer oder mehreren Drohen befindlich ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuerung mit den Signalen einer Beobachtungsdrohne mit hochauflösender Kamera beaufschlagt ist. Hochauflösende Kameras sind teuer. Es ist nicht erforderlich, jede der Drohnen mit einer solchen Kamera auszustatten. Vielmehr kann bei Einsatz einer zusätzlichen Beobachtungsdrohne der gesamte Einsatzort beobachtet werden. Diese kann statt mit Verbrauchsmaterial mit mehr Energie ausgestattet werden, so dass diese die Versorgungsanordnung nicht so oft anfliegen muss.Provision is preferably made for the controller to be designed as a central controller on the ground and/or to be located on one or more drones. Provision can also be made for the controller to be supplied with the signals from an observation drone with a high-resolution camera. High-resolution cameras are expensive. It is not necessary to equip each of the drones with such a camera. Rather, if an additional observation drone is used, the entire site can be observed. This can be equipped with more energy instead of consumables, so that the supply arrangement does not have to fly to it as often.
Der Drohnenschwarm kann zum Löschen von Waldbränden oder anderen Bränden eingesetzt werden. Er kann aber auch zum Ausbringen von Verbrauchsmaterialien, etwa Pflanzenschutzmittel, Wasser, Dünger und/oder Saatgut in der Landwirtschaft verwendet werden. Schließlich kann der Drohnenschwarm auch zum Transport von Nahrung, Getränken, Blutkonserven oder für Rettungsmaterial beispielsweise für Seenotfälle oder andere nicht oder schwer erreichbare Einsatzorte eingesetzt werden.The drone swarm can be used to extinguish forest fires or other fires. However, it can also be used to apply consumables such as pesticides, water, fertilizer and/or seed in agriculture. Finally, the swarm of drones can also be used to transport food, drinks, blood supplies or rescue material, for example for sea emergencies or other locations that are difficult or impossible to reach.
Die vorliegende Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Steuern von Drohnen eines Drohnenschwarms zur Erfüllung einer Aufgabe mit den Schritten:
- (a) Versorgung von Drohnen eines Drohnenschwarms mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien in Paketform an einer Versorgungsanordnung mit einem Speicher zur Bereitsstellung einer Vielzahl von Paketen mit Energie und/oder Verbrauchsmaterialien;
- (b) Fliegen einer Drohne entlang einer ausgewählten Flugbahn, wobei die Drohne ein Verbrauchsmaterial abgibt oder einen Teil einer anderen Aufgabe ausführt;
- (c) Landen der Drohne an einem Landeplatz der Versorgungsanordnung;
- (d) Austausch von entladenen und/oder verbauchten Paketen gegen Pakete aus dem Speicher; und
- (e) wiederholen der Schritte (a) bis (d) mit dieser und weiteren Drohnen des Drohnenschwarms bis die Aufgabe erfüllt ist.
- (a) supplying drones of a swarm of drones with energy and/or consumables in packet form at a supply arrangement with a store for providing a multiplicity of packets of energy and/or consumables;
- (b) flying a drone along a selected trajectory, the drone dispensing a consumable or performing part of another task;
- (c) landing the drone at a landing site of the service arrangement;
- (d) exchanging unloaded and/or consumed packets for packets from memory; and
- (e) repeat steps (a) to (d) with this and other drones of the drone swarm until the task is completed.
Dabei kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Drohnen des Drohnenschwarms hintereinander fliegt und Kamera- oder Sensorsignale einer Drohne an eine oder mehrere nachfolgende oder vorausfliegende Drohnen übertragen werden.Provision can be made for at least some of the drones in the swarm of drones to fly one behind the other and for camera or sensor signals from one drone to be transmitted to one or more following or preceding drones.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims. An embodiment is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
In dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen haben alle Begriffe eine dem Fachmann geläufige Bedeutung, welche der Fachliteratur, Normen und den einschlägigen Internetseiten und Publikationen, insbesondere lexikalischer Art, beispielsweise www.Wikipedia.de, www.wissen.de oder der Wettbewerber, forschenden Institute, Universitäten und Verbände, etwa www.curpas.de dargelegt sind. Insbesondere haben die verwendeten Begriffe nicht die gegenteilige Bedeutung dessen, was der Fachmann den obigen Publikationen entnimmt.In this description and in the appended claims, all terms have a meaning familiar to a person skilled in the art who is researching the specialist literature, standards and the relevant websites and publications, in particular of a lexical nature, for example www.Wikipedia.de, www.wissen.de or the competitor Institutes, universities and associations, such as www.curpas.de are presented. In particular, the terms used do not have the opposite meaning of what the person skilled in the art infers from the above publications.
Figurenlistecharacter list
-
1 illustriert die Verwendung eines Drohnenschwarms bei der Brandbekämpfung.1 illustrates the use of a drone swarm in firefighting. -
2 zeigt ein Beispiel für eine Versorgungsanordnung für einen Drohnenschwarm.2 shows an example of a supply arrangement for a drone swarm. -
3 ist eine Detailansicht des Landeplatzes einer Versorgungsanordnung aus2 .3 Figure 12 is a detailed view of the landing pad of a utility assembly2 . -
4 zeigt den Landeplatz aus3 mit gelandeter Drohne.4 indicates the landing site3 with landed drone. -
5 zeigt einen Träger mit einem Förderband, an dessen Enden der Landeplatz aus3 und ein Startplatz befestigt sind.5 shows a carrier with a conveyor belt, at the ends of which the landing pad is made3 and a launch site are fixed. -
6 illustriert, wie der Träger aus5 auf dem Chassis eines LKW oder eines Anhängers positioniert sein kann.6 illustrated how the carrier looks like5 positioned on the chassis of a truck or a trailer. -
7 ist eine gesonderte Ansicht der Paketwechselstation der Versorgungsanordnung aus2 .7 Figure 12 is an isolated view of the packet exchange station of the service arrangement2 . -
8 zeigt ein Detail aus7 mit nur einem Speicher und einer Drohne an der Paketwechselstation, während des Beladens mit einem Paket.8th shows a detail7 with only one storage and one drone at the package exchange station while loading a package. -
9 zeigt ein Detail aus8 und illustriert, wie ein Paket zwischen seiner Lagerposition im Speicher und der Drohne transportiert wird.9 shows a detail8th and illustrates how a package is transported between its storage position in storage and the drone. -
10 zeigt einen Teil des Förderbands der Versorgungsanordnung aus2 mit einer Einrichtung zum Befüllen mit Wasser oder Löschmittel.10 Figure 12 shows part of the conveyor belt of the supply arrangement2 with a device for filling with water or extinguishing agent. -
11 zeigt die Anordnung aus10 mit Drohne.11 shows thearrangement 10 with drone. -
12 illustriert die Wasserversorgung für die Anordnung aus10 und11 .12 illustrates the water supply for thearrangement 10 and11 . -
13 zeigt den Startplatz der Versorgungsanordnung aus2 .13 shows the starting point of the supply arrangement2 . -
14 zeigt den Startplatz aus13 mit Drohne.14 shows the starting point13 with drone. -
15 ist eine perspektivische Darstellung einer Drohne des Drohnenschwarms.15 is a perspective view of a drone of the drone swarm. -
16 illustriert den Wechsel von Akkumulatoren an einer Anordnung aus2 .16 illustrates the exchange of accumulators in an arrangement2 .
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Die Drohnen 10 benötigen neben dem Verbrauchsmaterial - im vorliegenden Fall Wasser oder Löschmittel - regelmäßig neue Energie. Diese dient zum Antrieb des Rotors oder der Rotoren und zur Versorgung der Bordsysteme, Sensoren etc. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Energieversorgung der Drohnen 10 paketförmig über den auswechselbaren Akkumulator 16 aus einem oder mehreren Speichern 18. An einer weiteren Station 20 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Drohne Wasser zugeführt. Zum Landen der Drohnen 10 weist die Versorgungsanordnung 14 einen Landeplatz 22 auf. Zum Starten der vollständig versorgten Drohnen 10 ist ein Startplatz 24 vorgesehen.In addition to the consumables - in the present case water or extinguishing agent - the
In jedem Speicher 18 sind zwei Reihen mit Racks 40 angeordnet. Zwischen den Racks 40 ist in Längsrichtung des Containers und parallel zu den Racks eine Schiene 30 vorgesehen. Dies ist in
Der leere Heber 34 kann anschließend in eine horizontale Lücke 52 zwischen zwei Akkumulatoren 16 im Rack 40 geschoben werden. Dann kann ein aufgeladener Akkumulator 16 mit dem Heber 34 aus einem Rack 40 gehoben und durch Bewegung des Wagens 32 zur Drohne an der Paketwechselstation 36 befördert werden. Dort kann der Heber 34 den Akkumulator 16 an dem dafür vorgesehenen Ort in der Drohne 10 platzieren, wo zuvor der verbrauchte Akkumulator entfernt wurde. Ein Rastmechanismus sorgt für mechanischen Halt und elektrische Kontaktierung. Statt eines Hebers 34 sind auch andere Fördermechanismen, etwa Arme mit Greifern oder dergleichen zum Befördern der Akkumulatoren 16 geeignet. Es versteht sich, dass auch mehr oder nur ein Akkumulator 16 vorgesehen sein können.The
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind, wie in
Ziel der Versorgungsanordnung ist eine möglichst kurze Verweildauer der Drohnen 10. Die Drohne 10 landet daher zunächst auf einem eigens hierfür vorgesehenen Landeplatz 22, welcher von der Paketwechselstation 36 getrennt ist. Der Landeplatz ist in
Die große Landefläche ermöglicht eine schnelle Landung, auch wenn dies zu einer ungenaueren Landeposition führt. Die Drohne 10 landet auf dem kufenförmigen Gestell 56. Zwei langgestreckte Schieber 58 werden von der Außenkante 60 des Landeplatzes 22 symmetrisch nach innen geschoben. Dabei erfassen sie die Kufen 56 der Drohne 10 und schieben diese in eine gewünschte Sollposition auf einem Förderband 62. Die Kufen stehen nach der Positionierung mit den Schiebern gerade auf den beiden Teilen des vergleichsweise schmalen Förderbandes 62 und können so in Richtung der Paketwechselstation befördert werden. Die Sollposition ist in
Das Förderband 62 ist Teil einer Förderstrecke 64, die auf einem Träger 68 geführt ist. Der Träger 68 ist mehrteilig ausgebildet. Die Teile des Trägers 68 lassen sich zusammenstecken oder auseinanderbauen. Die Teile des Trägers 68 haben Abmessungen, welche einen gemeinsamen Transport auf einem Anhänger 70 oder LKW mit Straßenzulassung erlauben. Dies ist in
Die Trennung des Landeplatzes 22 von der Paketwechselstation 36 ermöglicht es, dass eine nachfolgende Drohne 10 bereits landen kann, während bei einer Drohne noch Akkumulatoren 16 ausgewechselt werden. Sobald der Auswechselvorgang beendet ist, können beide Drohnen - die gerade gelandete Drohne und die mit geladenen Akkumulatoren versorgte Drohnen - mit dem Förderband 62 nach vorne bewegt werden. The separation of the
Die Drohne 10 muss keinen Start- oder Landevorgang ausführen, um von Station zu Station zu gelangen. An der Paketwechselstation 36 kann nun die zuvor gelandete Drohne mit geladenen Akkumulatoren versorgt werden. Dies ist in
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen die Drohnen 10 nicht nur zum Überflug, sondern zum Ausbringen von Verbrauchsmaterial, nämlich Wasser. Dieses wird an der Station 20 eingefüllt. Die Station 20 ist in
Sobald die Drohne 10 auf dem Förderband 62 von der Paketwechselstation 36 zur Befüllungsstation 20 befördert ist, wird eine Verbindung zwischen dem ortsfesten Druckbehälter 76 und dem Tank 72 an der Drohne 10 hergestellt. Hierzu sind Stutzen 80 an dem Druckbehälter 76 vorgesehen. Dann erfolgt die Befüllung unter hohem Druck in sehr kurzer Zeit. Die so vollständig versorgte Drohne 10 kann nun mit dem Förderband 62 zum Startplatz 24 befördert werden, von wo aus sie zum weiteren Einsatz startet. Dies ist in
Die beschriebene Anordnung ermöglicht einen Takt von beispielsweise 15 Sekunden. Die Drohne 10 ist also in etwa einer Minute nach der Landung wieder startbereit. Bei ausreichender Drohnenzahl kann ein erheblich größeres Wasservolumen ausgebracht werden, als mit einer einzelnen Lastdrohne oder einem einzelnen Hubschrauber. Eine nächtliche Pause ist nicht erforderlich. Das Ausfallrisiko und die erforderlichen Investitionen sind bei kleineren Drohnen geringer. Die Drohnen können auch in gefährlichen Gebieten, etwa mit Munitionsresten, tief fliegen. Sie ermöglichen die gezielte und genaue Ausbringung am gewünschten Ort.The arrangement described enables a cycle of, for example, 15 seconds. The
Die Steuerung des Drohnenschwarms erfolgt von einer Zentrale aus. Zu diesem Zweck weist jede Drohne einen Sender-Empfänger und einen GPS-Empfänger oder ein anderes Positionierungssystem auf. Aus den empfangenen Daten zum Zustand des von den Drohnen zu befliegenden Gebiets und der Lage und Geschwindigkeit der Drohnen kann eine optimale Löschstrategie ermittelt werden. Dies kann von Hand, etwa unter Zuhilfenahme einer Visualisierung auf einem Bildschirm und entsprechenden Eingabemitteln für Steuerbefehle oder automatisiert erfolgen.The swarm of drones is controlled from a control center. For this purpose each drone has a transceiver and a GPS receiver or other positioning system. An optimal extinguishing strategy can be determined from the data received on the condition of the area to be flown by the drones and the position and speed of the drones. This can be done manually, for example with the help of a visualization on a screen and corresponding input means for control commands, or it can be automated.
In
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Illustration der in den Ansprüchen beanspruchten Erfindung. Merkmale, welche gemeinsam mit anderen Merkmalen offenbart sind, können in der Regel auch alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen, die im Text oder in den Zeichnungen explizit oder implizit in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, verwendet werden. Maße und Größen sind nur beispielhaft angegeben. Dem Fachmann ergeben sich geeignete Bereiche aus seinem Fachwissen und brauchen hier daher nicht näher erläutert werden. Die Offenbarung einer konkreten Ausgestaltung eines Merkmals bedeutet nicht, dass die Erfindung auf diese konkrete Ausgestaltung beschränkt werden soll. Vielmehr kann ein solches Merkmal durch eine Vielzahl anderer, dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen verwirklicht werden. Die Erfindung kann daher nicht nur in Form der erläuterten Ausgestaltungen verwirklicht werden, sondern durch alle Ausgestaltungen, welche vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abgedeckt sind.The exemplary embodiments explained above serve to illustrate the invention claimed in the claims. Features that are disclosed together with other features can usually also be used alone or in combination with other features that are explicitly or implicitly disclosed in the text or in the drawings in the exemplary embodiments. Dimensions and sizes are given as examples only. Suitable ranges are evident to the person skilled in the art from his specialist knowledge and therefore do not need to be explained in more detail here. The disclosure of a specific embodiment of a feature does not mean that the invention should be limited to this specific embodiment. Rather, such a feature can be realized by a variety of other configurations familiar to those skilled in the art. The invention may, therefore, be embodied not only in the forms set forth, but in all forms falling within the scope of the appended claims.
Die Begriffe „oben“, „unten“, „rechts“ und „links“ beziehen sich ausschließlich auf die beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, dass beanspruchte Vorrichtungen auch eine andere Orientierung annehmen können. Der Begriff „enthaltend“ und der Begriff „umfassend“ bedeuten, dass weitere, nicht-genannte Komponenten vorgesehen sein können. Unter dem Begriff „im Wesentlichen“, „vorwiegend“ und „überwiegend“ fallen alle Merkmale, die eine Eigenschaft oder einen Gehalt mehrheitlich, d.h. mehr als alle anderen genannten Komponenten oder Eigenschaften des Merkmals aufweisen, also bei zwei Komponenten beispielsweise mehr als 50%.The terms "top", "bottom", "right" and "left" refer exclusively to the attached drawings. It is understood that claimed devices may also take a different orientation. The term “including” and the term “comprising” mean that further components not mentioned can be provided. The term "essentially", "predominantly" and "predominantly" includes all characteristics that have a property or content in the majority, ie have more than all the other components or properties of the feature mentioned, ie more than 50% in the case of two components, for example.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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