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Die Erfindung betrifft die Kombination aus wenigstens einem vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerät sowie zumindest einer fliegenden Sensoreinheit.
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Im gattungsbildenden Stand der Technik nach der
DE 10 2017 116 659 A1 wird eine solche Kombination beschrieben. Bei dem Arbeitsgerät handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Mähroboter, der eine Kartographie in einem Speicherelement verwendet. Außerdem sind aufgabenspezifische Werkzeuge wie beispielsweise ein Bewässerungswerkzeug realisiert. Mithilfe der zusätzlich vorgesehenen fliegenden Sensoreinheit in Gestalt einer Drohne können vorbestimmte Positionen erfasst werden. Das heißt, die fliegende Sensoreinheit bzw. Drohne unterstützt die Steuerung des Arbeitsgerätes.
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Der weitere und ebenfalls gattungsbildende Stand der Technik nach der
DE 10 2019 111 317 A1 bezieht sich auf eine autonome landwirtschaftliche Arbeitsmaschine als selbstfahrendes Arbeitsgerät, welche zusätzlich mit einer Umfelderfassungssensorik zusammenarbeitet. Die Umfelderfassungssensorik weist ein unbemanntes Fluggerät und insbesondere eine Drohne auf, welches der autonomen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine zugeordnet ist. Mithilfe der Drohne wird ein Umfeld der Arbeitsmaschine erfasst.
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Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, wenn es darum geht, ein selbstfahrendes Arbeitsgerät positionsgenau zu navigieren und mithilfe insbesondere einer Drohne das Arbeitsumfeld noch näher zu charakterisieren. Dabei ist das betreffende Arbeitsgerät grundsätzlich auch in der Lage, mithilfe eines eigenen Sensors zusätzlich die Position bestimmen zu können. Außerdem werden bereits Möglichkeiten zur Bearbeitung mithilfe des Arbeitsgerätes angesprechen, und zwar in dem Sinne, dass beispielsweise das Umfeld geschnitten oder gemäht wird, Düngemittel verteilt werden oder der Boden generell eine Bearbeitung erfährt.
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Heutzutage stellen sich jedoch ergänzende Anforderungen nicht nur dahingehend, dass ein bestimmter geographischer Bereich erfasst oder bearbeitet werden soll. Sondern zunehmend geht es auch und insbesondere darum, etwaige Schadstoffe zu entfernen, für die Aufbereitung zu bergen etc. Ebenso stellen sich weitergehende Anforderungen dahingehend, schwer zugängliche Infrastrukturobjekte, sich bewegende Objekte etc. näher zu untersuchen, gegebenenfalls zu reparieren oder für eine Bergung vorzubereiten. Hier stoßen die bisherigen Arbeitsgeräte alleine oftmals an Grenzen. So sind unter anderem sogenannte Unterwasser-Drohnen bekannt, die beispielsweise zum Aufspüren und Sprengen von Seeminen eingesetzt werden. Die betreffende Unterwasser-Drohne wird zu diesem Zweck über ein Lichtwellenkabel gesteuert.
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Daneben gibt es sogenannte Minenräumboote, welche ebenfalls zur Bekämpfung von Seeminen eingesetzt werden. Das Minenräumboot muss in diesem Zusammenhang typischerweise von einem Begleitboot aus ferngelenkt werden.
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Die Fernsteuerung der beschriebenen Unterwasser-Drohne mithilfe eines Lichtwellenkabels stößt natürlich dann an Grenzen, wenn die Reichweite des Lichtwellenkabels nicht ausreicht oder die Steuerung mithilfe des Kabels aufgrund einer zerklüfteten und unzugänglichen Umgebung problematisch ist, weil das Kabel reißen könnte, verloren geht etc. Auch die bisher realisierte Fernsteuerung eines Minenräumbootes von einem Begleitboot aus ist oftmals nur bei relativ guten Wetterbedingungen möglich und erneut von der abdeckbaren Reichweite her begrenzt. Hinzu kommt, dass auf solche Vorgehensweisen insbesondere dann nicht zurückgegriffen werden kann, wenn es beispielsweise darum geht, havarierte Schiffe näher zu untersuchen, Wracks beispielsweise für die Bergung vorzubereiten usw. Aber auch an Land stoßen die bekannten Verfahren oftmals an Grenzen, wenn schwer zugängliche Infrastrukturobjekte untersucht oder manipuliert, beispielsweise abgerissen, werden sollen. Das gilt namentlich für beispielsweise Industrieschornsteine, die an ihren Wänden möglicherweise toxische Beschichtungen aufweisen, welche vor dem eigentlichen Abriss im günstigsten Fall komplett entfernt werden müssen. Ebenso tragen die bisherigen Vorgehensweisen dann nicht weiter, wenn mit Giften oder Radioaktivität belastete Gebäude oder Anlagenteile abgerissen werden sollen. Aus nachvollziehbaren Gründen versucht man dies typischerweise mit vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgeräten bzw. Robotern zu erledigen, um Personen nicht zu gefährden. Die Fernsteuerung solcher Arbeitsgeräte bzw. Roboter ist jedoch nur eingeschränkt möglich.
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Demzufolge liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine derartige Kombination so weiterzuentwickeln, dass eine möglichst umfassende Begutachtung und Manipulation eines Objektes möglich ist, und zwar auch dann, wenn sich das Objekt an einem unzugänglichen Ort in großer Entfernung befindet.
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Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Kombination aus wenigstens einem vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerät sowie zumindest einer fliegenden Sensoreinheit im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen ist, mit der sowohl das Arbeitsgerät als auch die Sensoreinheit jeweils datentechnisch verbunden sind.
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Die Erfindung geht also zunächst einmal und obligatorisch von einer gemeinsamen Steuereinheit für das vorzugsweise selbstfahrende Arbeitsgerät einerseits und die fliegende Sensoreinheit andererseits aus. Dabei sind das Arbeitsgerät und die Sensoreinheit jeweils datentechnisch mit der Steuereinheit verbunden. Grundsätzlich können das Arbeitsgerät und die Sensoreinheit aber auch direkt datentechnisch miteinander kommunizieren.
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Die erfindungsgemäß realisierte zusätzliche Berücksichtigung der gemeinsamen Steuereinheit stellt jedoch sicher, dass ein Datenaustausch zwischen der Sensoreinheit und dem Arbeitsgerät nicht notwendigerweise erfolgen muss, wie dies beim zuvor behandelten Stand der Technik durchgängig und obligatorisch der Fall ist. Vielmehr kann die Kommunikation zwischen der Sensoreinheit und dem Arbeitsgerät auch über den „Umweg“ der Steuereinheit vorgenommen werden. Die Kommunikation sorgt in diesem Zusammenhang dafür, dass die Sensoreinheit und das Arbeitsgerät zeitlich synchron ebenso wie asynchron zusammenarbeiten können. Gleiches gilt für ihren jeweiligen Aufenthaltsort. Das heißt, von der Erfindung werden sowohl Varianten abgedeckt, bei denen die Sensoreinheit und das Arbeitsgerät örtlich und zeitlich hinsichtlich ihrer Bewegung aufeinander abgestimmt sind. Ebenso werden aber auch Varianten umfasst, bei denen ein zeitlicher ebenso wie ein ortsgebundener Bezug fehlen, also die Sensoreinheit und das Arbeitsgerät asynchron betrieben werden. In der Regel ist zumindest ein synchroner, das heißt zeitlich abgestimmter Betrieb, realisiert. Hierfür sorgt die obligatorische Steuereinheit, die in diesen sämtlichen Fällen den Datenaustausch zwischen der Sensoreinheit und dem Arbeitsgerät sicherstellt.
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Das hat den Vorteil, dass die Sensoreinheit und das Arbeitsgerät auch dann noch gemeinsam und synchron zusammenarbeiten können, wenn aufgrund eines beispielsweise zwischengeschalteten absorbierenden Mediums keine direkte Datenverbindung zueinander aufgebaut werden kann. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Arbeitsgerät einen Hohlraum untersucht, der durch beispielsweise Stahl oder andere Metalle für eine direkte Kommunikation mit der darüber fliegenden Sensoreinheit abgeschirmt wird. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass die Steuereinheit jeweils so ausgelegt ist und arbeitet, dass sie sowohl mit dem Arbeitsgerät als auch der fliegenden Sensoreinheit nach wie vor und unverändert datentechnisch kommunizieren kann. Dabei kann die Steuereinheit selbst in mehrere einzelne Teil-Steuereinheiten zerfallen, um die datentechnische Kommunikation gleichwohl aufrechterhalten zu können. Die einzelnen Teil-Steuereinheiten können in diesem Zusammenhang wie eine Art „Relaisstation“ arbeiten.
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Jedenfalls ermöglicht die Zusammenarbeit zwischen der fliegenden Sensoreinheit und dem vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerät nicht nur eine umfassende Untersuchung von schwer zugänglichen und beispielsweise zerklüfteten Objekten, sondern können grundsätzlich auch Manipulationen an dem betreffenden Objekt vorgenommen werden. Dabei kann die fliegende Sensoreinheit derartige Manipulationen direkt unterstützen, indem sie beispielsweise die Position des vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerätes sichtbar wiedergibt, um den zielgenauen Einsatz eines beispielsweise extern herbeizuschaffenden Manipulationsgerätes sicherzustellen. Die fliegende Sensoreinheit kann aber auch selbst alleine oder unterstützend zur Manipulation des Objektes genutzt werden. Das soll anhand verschiedener Beispiele näher erläutert werden.
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So kann es sich bei dem vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerät generell um eine Unterwasser-Drohne oder ein Unterwasserfahrzeug handeln. Das Arbeitsgerät dient beispielhaft dazu, Seeminen als zu untersuchende Objekte aufzuspüren, zu bergen oder auch zu zerstören. Dabei wird wie auch ansonsten in der Regel so gearbeitet, dass die gemeinsame Steuereinheit aus Daten des Arbeitsgerätes ebenso wie der Sensoreinheit einen umfassenden und das Objekt charakterisierenden Datensatz ableitet. Dieser Datensatz gibt im Beispielfall aufgrund der Untersuchungen des Arbeitsgerätes beispielsweise Auskunft über den Typ der Seemine, ihr voraussichtliches Alter, Möglichkeiten zur Bergung und/oder Zerstörung wieder. Als Folge hiervon kann die Steuereinheit anhand des vorerwähnten Datensatzes Maßnahmen zur Bergung, Reparatur und/oder Zerstörung des betreffenden Objektes ergreifen oder initiieren.
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Für die Untersuchung des Objektes sind das Arbeitsgerät und/oder die Sensoreinheit in der Regel mit wenigstens einem Sensor und/oder einer Manipulationseinheit ausgerüstet. Dadurch können beispielsweise gefährliche oder beschädigte Objekte erfasst und/oder geborgen werden. Das gelingt insbesondere auch dann, wenn das Arbeitsgerät und die Steuereinheit aufgrund beispielsweise eines zwischengeschalteten absorbierenden Mediums keine direkte Datenverbindung zueinander aufweisen. Das ist regelmäßig bei dem beschriebenen Beispiel der Fall, weil die zwischen dem Arbeitsgerät und der fliegenden Sensoreinheit befindliche Wasserschicht typischerweise elektromagnetische Wellen für den Datenverkehr (insbesondere im Megahertz- und Gigahertz-Bereich) nicht durchlässt bzw. stark abschwächt.
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Als geeignete Sensoren können ganz unterschiedliche Sensoren auch in größerer Anzahl zum Einsatz kommen, und zwar sowohl am Arbeitsgerät wie auch an der Sensoreinheit. Beispielsweise kann mit Ultraschallsensoren wie Sonar gearbeitet werden. Auch der Einsatz von Radiowellen und ihre Erfassung im Sinne eines Radars sind denkbar und werden ausdrücklich umfasst. Ebenso Infrarotsensoren, UV-Sensoren usw.
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Daneben sind aber auch Sensoren denkbar, mit deren Hilfe die Anwesenheit bestimmter Chemikalien nachgewiesen werden kann. Ferner kann es sich bei dem Sensor um einen akustischen Sensor, einen magnetischen Sensor etc. handeln, um etwaige austretende Schallwellen bei einem akustischen Sensor oder auch magnetische Anomalien infolge einer Ansammlung von magnetisierbaren Metallen im Beispielfall feststellen zu können.
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Ferner sind Sensoren zur Erfassung der Umweltbedingungen wie Wind, Wasserströmung etc. denkbar und werden ausdrücklich im Rahmen der Erfindung alternativ oder ergänzend mit umfasst.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Arbeitsgerät und/oder die Sensoreinheit wenigstens einen bildgebenden Sensor aufweisen. Bei diesem bildgebenden Sensor kann es sich um eine Kamera handeln. Auch Nachtsichtkameras, Infrarotkameras oder dergleichen sind in diesem Zusammenhang denkbar.
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Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn das Arbeitsgerät und/oder die Sensoreinheit zumindest in seiner bzw. ihrer Ruheposition an oder in einer Plattform aufgenommen werden. Die Plattform verfügt zu diesem Zweck vorteilhaft über einen Energiespeicher, eine Energieerzeugungseinheit und/oder einen Energieanschluss zur Versorgung des Arbeitsgerätes und/oder der Sensoreinheit mit Energie. Im einfachsten Fall verfügen sowohl das Arbeitsgerät als auch die Sensoreinheit jeweils über einen elektrischen Akkumulator, welcher zum Antrieb von Elektromotoren eingesetzt wird. Die Plattform ist nun in diesem Fall und beispielhaft mit einer Energieerzeugungseinheit ausgerüstet. Bei der Energieerzeugungseinheit kann es sich um eine Einheit zur Erzeugung von elektrischem Strom handeln, wie beispielsweise eine oder mehrere Solarzellen, eine oder mehrere Brennstoffzellen, einen Generator etc.
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Darüber hinaus kann mit einer gemeinsamen Plattform sowohl für das Arbeitsgerät als auch die fliegende Sensoreinheit gearbeitet werden. In der Regel werden jedoch getrennte Plattformen für einerseits die Sensoreinheit und andererseits das Arbeitsgerät favorisiert. Sofern es sich bei dem Arbeitsgerät um das zuvor bereits beschriebene Unterwasserfahrzeug handelt, kann es sich bei der Plattform um eine Schwimminsel, ein Begleitschiff etc. handeln. Dabei erfolgt jeweils eine Ankopplung des Arbeitsgerätes an die Plattform in lösbarer Konfiguration, insbesondere um den zuvor bereits angesprochenen Akkumulator als Bestandteil des Arbeitsgerätes mit elektrischem Strom versorgen zu können. Gleiches gilt für die Kopplung zwischen der Sensoreinheit und der betreffenden Plattform. Selbstverständlich kann das Arbeitsgerät auch mit einem anders gestalteten Energiespeicher ausgerüstet werden.
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Die Versorgung mit dem elektrischen Strom kann jeweils per Induktion erfolgen. Es ist aber auch möglich, an der Plattform den Akkumulator im oder am Arbeitsgerät ebenso wie an der fliegenden Sensoreinheit schlicht und ergreifend zu tauschen. Als Plattform für die Drohne kann ebenfalls eine Schwimmplattform im Beispielfall zum Einsatz kommen. Grundsätzlich sind natürlich auch anders aufgebaute Plattformen wie beispielsweise ein Begleitfahrzeug bei einem terrestrischen Einsatz denkbar.
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Neben dem Sensor können das Arbeitsgerät und/oder die Sensoreinheit auch mit zusätzlich wenigstens einer Manipulationseinheit ausgerüstet werden, um beispielsweise gefährliche oder beschädigte Objekte zu erfassen und/oder zu bergen. Bei der Manipulationseinheit kann es sich im einfachsten Fall um einen Roboterarm handeln. Dieser kann mit üblichen Bearbeitungswerkzeugen wie beispielsweise einer Schneidvorrichtung, einer Greifvorrichtung, einer Schweißvorrichtung etc. kombiniert werden. Auch lässt sich die Manipulationseinheit mit einem Bergungsmittel wie beispielsweise einem Netz ausrüsten. Daneben können das Arbeitsgerät und/oder die Sensoreinheit auch mit einer Markierungseinheit ausgerüstet werden, um das betreffende Objekt und/oder eine Schadensstelle zu kennzeichnen.
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Mithilfe dieser Markierungseinheit wird das betreffende Objekt oder auch die Schadensstelle für den Fall markiert, dass die Manipulationseinheit am Arbeitsgerät bzw. der Sensoreinheit beispielsweise nicht in der Lage ist, das betreffende Objekt alleine zu bergen oder zu reparieren. In diesem Fall kann mithilfe der durch die Markierungseinheit erzeugten Markierung das betreffende Objekt oder auch die Schadensstelle im Nachhinein unschwer wieder aufgefunden werden, um beispielsweise das Objekt mithilfe einer von außen angeforderten Manipulationseinheit, beispielsweise eines Roboterarmes oder eines Kranes an Bord eines Bergungsfahrzeuges, aufzunehmen.
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In jedem Fall eröffnet die erfindungsgemäße Kombination aus dem selbstfahrenden Arbeitsgerät sowie der fliegenden Sensoreinheit im beschriebenen Beispielfall, dass das Arbeitsgerät und die Sensoreinheit zunächst einmal und grundsätzlich unabhängig voneinander agieren können. Denn durch ihre jeweilige Verbindung mit der gemeinsamen Steuereinheit ohne notwendige direkte datentechnische Kopplung lassen sich beide Elemente grundsätzlich und unabhängig voneinander bedienen und einsetzen. Mithilfe der Steuereinheit wird nun eine Synchronisation dergestalt vorgenommen, dass insgesamt der zuvor bereits beschriebene und das Objekt umfassend charakterisierende Datensatz abgeleitet werden kann. Dieser Datensatz enthält dabei nicht nur aussagekräftige Ortsangaben, sondern ist darüber hinaus mit einer Vielzahl weiterer Charakteristika wie dem Umfeld des Objektes, einem etwaigen Schaden, der Ausdehnung des Schadens ebenso wie etwaigen Anomalien wie beispielsweise austretenden Chemikalien, Besonderheiten des Magnetfeldes etc. ausgerüstet.
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Darüber hinaus besteht selbstverständlich die Möglichkeit, dass die Kombination aus dem Arbeitsgerät und der Sensoreinheit dem fraglichen Objekt folgen kann, wenn dieses beispielsweise eine Bewegung vollführt, wie dies unter Umständen bei Seeminen oftmals der Fall ist. Dementsprechend können in dem Datensatz auch etwaige Trajektorien über den Weg und die Richtung der Bewegung abgelegt und erfasst werden. Anhand des Datensatzes kann dann auch die Steuereinheit entscheiden, ob das Objekt beispielsweise mithilfe des Arbeitsgerätes und/oder der Sensoreinheit geborgen werden kann oder dies aufgrund der ermittelten Daten nicht möglich ist.
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Eine andere beispielhafte Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Kombination wird für den Fall beobachtet, dass es sich bei dem selbstfahrenden Arbeitsgerät beispielsweise um einen Molch innerhalb einer Pipeline handelt, der erfindungsgemäß mit der zugehörigen fliegenden Sensoreinheit durch die Kombination gekoppelt ist. In diesem Fall wird mithilfe des Arbeitsgerätes bzw. Molches das Innere der Pipeline auf beispielsweise Beschädigungen untersucht. Dazu verfügt das Arbeitsgerät über entsprechende Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren oder auch den einen bzw. die mehreren bildgebenden Sensoren, um etwaige Schadensstellen aufnehmen und feststellen zu können. Diese Schadensstellen können nun mit beispielsweise einer Markierung seitens der Markierungseinheit des Arbeitsgerätes ausgerüstet werden. Durch die gleichzeitig erfolgende Kommunikation des Arbeitsgerätes mit der Steuereinheit ebenso wie der fliegenden Sensoreinheit mit der betreffenden Steuereinheit, kann die fliegende Sensoreinheit das Arbeitsgerät im Inneren der Pipeline im Beispielfall nicht nur von außen her begleiten, sondern beispielsweise bei einem aufgetretenen Riss oder einer sonstigen Beschädigung unmittelbar Gegenmaßnahmen ergreifen. Dazu verfügt die fliegende Sensoreinheit über eine Manipulationseinheit, bei der es sich im Beispielfall um einen Roboterarm mit Schweißvorrichtung oder auch einen Roboterarm mit einer Spendeeinrichtung für Abdichtmittel handeln kann.
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Jedenfalls wird auch anhand dieses beispielhaften Einsatzgebietes deutlich, dass und wie die fliegende Sensoreinheit sowie das vorzugsweise selbstfahrende Arbeitsgerät vorteilhaft zusammenwirken und zusammenarbeiten können.
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Ein anderes weiteres Einsatzgebiet kann derart vorliegen und bearbeitet werden, dass mithilfe des vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerätes beispielsweise ein Schornstein oder allgemein ein Gebäude im Inneren untersucht wird. Auch in diesem Fall kann sowohl das Arbeitsgerät ebenso wie die fliegende Sensoreinheit dazu genutzt werden, um etwaige Schadensstellen des zu untersuchenden Objektes sowohl von innen als auch von außen her zu erfassen. Durch die gleichzeitige Nutzung des selbstfahrenden Arbeitsgerätes ebenso wie der fliegenden Sensoreinheit lassen sich die betreffenden Schadensstellen in einem Zug sowohl von außen als auch von innen her begutachten. Außerdem besteht die Möglichkeit, die betreffende Schadensstelle im einfachsten Fall sowohl von außen als auch von innen her zu reparieren. Dazu verfügt das Arbeitsgerät über eine entsprechende Manipulationseinheit ebenso wie die fliegende Sensoreinheit. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um einen Roboterarm mit Spendeeinheit für ein Dichtungsmittel handeln.
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Darüber hinaus kann mithilfe des Arbeitsgerätes im Inneren des Schornsteines im Beispielfall eine etwaige toxische Beschichtung abgetragen werden, bevor der Schornstein beispielsweise gesprengt wird, um zu verhindern, dass Schadstoffe in die Luft gelangen. Auch in diesem Fall bietet die Kombination mit der fliegenden Sensoreinheit besondere Vorteile, weil mithilfe der fliegenden Sensoreinheit nicht nur die jeweilige Position des Arbeitsgerätes im Inneren des Schornsteines von außen her dokumentiert werden kann. Sondern mithilfe der Sensoreinheit lässt sich im Beispielfall feststellen, ob über die kopfseitige Öffnung im Schornstein bei der Bearbeitung der Beschichtung etwaige Schadstoffe durch die Bearbeitung austreten oder nicht.
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Bei der fliegenden Sensoreinheit handelt es sich typischerweise um eine Drohne. Hier können ganz unterschiedliche Drohnen zum Einsatz kommen, beispielsweise eine Drohne mit Drehflügeln, also eine Drehflügel-Drohne, ebenso wie eine Drohne mit starren Flügeln. Auch hybride Ausgestaltungen mit starren Flügeln und gleichzeitig Rotorblättern sind denkbar. Die einzelnen Sensoren ebenso wie die Manipulationseinheit oder auch die Markierungseinheit können jeweils austauschbar am Arbeitsgerät bzw. der fliegenden Sensoreinheit angebracht werden, um hierdurch die Sensoreinheit bzw. das Arbeitsgerät an unterschiedliche Einsatzgebiete und Einsatzzwecke anpassen zu können. Jedenfalls wird deutlich, dass und wie die erfindungsgemäße Kombination besonders vorteilhaft zur Untersuchung von Objekten, zu ihrer Bergung, zur Schadstoffbeseitigung, zur Minenräumung etc. eingesetzt werden kann.
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Denn dadurch, dass die fliegende Sensoreinheit und das vorzugsweise selbstfahrende Arbeitsgerät miteinander durch die gemeinsame Steuereinheit synchronisiert werden, lässt sich nicht nur das Umfeld des Arbeitsgerätes mithilfe der fliegenden Sensoreinheit erfassen, um das Arbeitsgerät zielgenau ansteuern zu können. Sondern durch die Kombination können auch etwaige bei der Bearbeitung mithilfe des Arbeitsgerätes entstehende Schadstoffe mithilfe der Sensoreinheit erfasst werden. Darüber hinaus kann die Sensoreinheit mit ihrer eigenen Manipulationseinheit etwaige Reparaturen am Objekt unterstützen. Ebenso kann die Sensoreinheit zur Bergung des betreffenden Objektes gemeinsam mit dem Arbeitsgerät oder alleine genutzt werden. Selbst wenn dies für die erfindungsgemäße Kombination nicht möglich ist, eröffnet der insgesamt erzeugte und das Objekt charakterisierende umfassende Datensatz die weitergehende Möglichkeit, auf eine externe Manipulationseinheit zurückgreifen zu können, um das Objekt zu bergen, zu reparieren oder auch zu zerstören. Diese externe Manipulationseinheit kann mithilfe eines Fahrzeuges zum Objekt transportiert werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
- 1 die erfindungsgemäße Kombination aus selbstfahrendem Arbeitsgerät und fliegender Sensoreinheit in einer ersten Variante in Gestalt eines Unterwasserfahrzeuges in Verbindung mit einer Drohne,
- 2 eine Variante derart, dass als Arbeitsgerät ein in einer Pipeline bewegter Molch zum Einsatz kommt und
- 3 eine weitere Variante mit einem selbstfahrenden Arbeitsgerät, welches in Verbindung mit einer Drohne zur Untersuchung eines Schornsteines im Beispielfall genutzt wird.
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In den Figuren ist die Kombination aus wenigstens einem selbstfahrenden Arbeitsgerät 1 sowie einer fliegenden Sensoreinheit 2 dargestellt. Selbstverständlich können auch mehrere Arbeitsgeräte 1 ebenso wie mehrere fliegende Sensoreinheiten 2 zum Einsatz kommen. Bei dem Arbeitsgerät 1 handelt es sich im Rahmen der Darstellung nach der 1 um ein Unterwasserfahrzeug. Das Arbeitsgerät 1 bei der Variante nach der 2 ist als Molch im Inneren einer Pipeline P ausgebildet. Bei dem Arbeitsgerät 1 im Rahmen der Variante nach der 3 handelt es sich um ein selbstfahrendes Arbeitsgerät 1, welches zur Untersuchung und zum Schadstoffabtrag im Inneren eines Schornsteines S genutzt wird.
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Die fliegende Sensoreinheit 2 ist nach dem Ausführungsbeispiel als Drohne ausgebildet. Die Drohne verfügt zu diesem Zweck über beispielsweise mehrere rotierende Rotorblätter, die jeweils von Elektromotoren angetrieben werden. Für die elektrische Energieversorgung der Elektromotoren sorgt eine Batterie bzw. ein Akkumulator 4. Ein solcher Akkumulator 4 kommt auch für die elektrische Energieversorgung des selbstfahrenden Arbeitsgerätes 1 zum Einsatz. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft und ist keinesfalls einschränkend zu verstehen. Denn genauso gut kann die Energieversorgung auch auf andere Art und Weise erfolgen und durchgeführt werden.
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Um den jeweiligen Akkumulator 4 sowohl des Arbeitsgerätes 1 als auch der Drohne bzw. der fliegenden Sensoreinheit 2 jeweils turnusgemäß aufladen zu können, ist jeweils eine Plattform 5 realisiert, die lediglich im Rahmen der Variante nach der 1 dargestellt ist. Bei der Plattform 5 handelt es sich dort um eine Schwimmplattform. Jedenfalls verfügt die Plattform 5 nach dem Ausführungsbeispiel über eine Energieerzeugungseinheit 6.
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Die Energieerzeugungseinheit 6 sorgt dafür, dass auf bzw. an der Plattform 5 elektrischer Strom produziert wird. Dazu kann die Energieerzeugungseinheit 6 einen Generator aufweisen. Ebenso kann bzw. können eine oder mehrere Brennstoffzellen für die Erzeugung der elektrischen Energie sorgen. Zusätzlich oder auch ausschließlich sind darüber hinaus Solarzellen als Bestandteil der Energieerzeugungseinheit 6 denkbar. Nicht dargestellt ist die weitere Möglichkeit, dass die Plattform 5 über einen Energiespeicher oder auch einen Energieanschluss verfügt. In jedem Fall sorgt die Energieerzeugungseinheit 6 dafür, dass jeweils der Akkumulator 4 des Arbeitsgerätes 1 ebenso wie derjenige der fliegenden Sensoreinheit 2 turnusgemäß aufgeladen werden kann.
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Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass in der Plattform 5 Akkumulatoren 4 zum Austausch bevorratet werden und die einzelnen Akkumulatoren 4 schlicht und ergreifend getauscht werden, sobald das Arbeitsgerät 1 und/oder die fliegende Sensoreinheit 2 an der Plattform 5 andocken. Nicht dargestellt ist die weitere Möglichkeit, dass das Arbeitsgerät 1 ebenso wie die fliegende Sensoreinheit 2 über eine jeweils unterschiedlich ausgebildete Plattform 5 verfügen.
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Erfindungsgemäß und von besonderer Bedeutung ist zusätzlich noch eine zentrale und gemeinsame Steuereinheit 7, mit der sowohl das Arbeitsgerät 1 als auch die Sensoreinheit 2 jeweils datentechnisch verbunden sind. Das ist durch in den Figuren jeweils eingetragene schematische Funkstrecken angedeutet. Das heißt, erfindungsgemäß sind die fliegende Sensoreinheit 2 einerseits und das Arbeitsgerät 1 andererseits jeweils datentechnisch mit der gemeinsamen Steuereinheit 7 gekoppelt. Grundsätzlich ist auch eine direkte datentechnische Kopplung zwischen der fliegenden Sensoreinheit 2 und dem Arbeitsgerät 1 möglich, wie dies in der 1 und auch den 2 und 3 angedeutet wird. Eine direkte datentechnische Kopplung zwischen der fliegenden Sensoreinheit 2 und dem Arbeitsgerät 1 ist erfindungsgemäß allerdings entbehrlich, weil hierfür die gemeinsame Steuereinheit 7 sorgt.
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Dieser Aspekt ist insofern von besonderer Bedeutung, als beispielsweise bei einer Ausprägung des Arbeitsgerätes 1 als Unterwasserfahrzeug im Rahmen der Variante nach der 1 eine unmittelbare datentechnische Kopplung mit der fliegenden Sensoreinheit 2 schwierig ist. Gänzlich oder nahezu unmöglich ist eine solche datentechnische Kopplung im Falle der Variante nach der 2, weil sich in diesem Fall das Arbeitsgerät 1 im Inneren der Pipeline P bewegt und die aus Stahl herstellte Pipeline P etwaige elektromagnetische Wellen zur datentechnischen Kopplung abschirmt. In diesem Fall können beispielsweise mehrere und in der 2 dargestellte Teil-Steuereinheiten 7a, 7b realisiert sein, über die in der Art von Relais letztendlich die datentechnische Kopplung des im Inneren der Pipeline P bewegten Arbeitsgerätes 1 mit der Steuereinheit 7 vorgenommen wird.
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Sowohl die fliegende Sensoreinheit 2 als auch das Arbeitsgerät 1 sind mit wenigstens einem Sensor 8, 9 ausgerüstet. Nach dem Ausführungsbeispiel kommen jeweils zwei (oder mehr) Sensoren 8, 9 zum Einsatz. Bei dem Sensor 8 kann es sich im Falle des Arbeitsgerätes 1 bei der Variante nach der 1 um einen Ultraschallsensor handeln, mit dem Sonar- bzw. Tiefenmessungen des dortigen Unterwasserfahrzeuges vorgenommen werden. Der zusätzlich vorgesehene Sensor 9 kann als Abstandssensor oder auch als bildgebender Sensor 9 ausgelegt sein. In vergleichbarer Art und Weise mag der Sensor 8 bei der fliegenden Sensoreinheit 2 als Positionssensor ausgelegt sein, wohingegen es sich bei dem weiteren Sensor 9 erneut um einen bildgebenden Sensor 9 handelt. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft und die Sensoren 8, 9 können ganz generell so ausgelegt sein, wie dies in der Beschreibungseinleitung im Detail erläutert worden ist.
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Man erkennt darüber hinaus, dass das Arbeitsgerät 1 und auch die Sensoreinheit 2 jeweils mit einer Manipulationseinheit 10 ausgerüstet sind. Bei der Manipulationseinheit 10 kann es sich im einfachsten Fall um einen Roboterarm handeln, der beispielsweise eine Spendeeinheit aufweist, um Abdichtmittel frontseitig auszugeben, mit dessen Hilfe eine am zu untersuchenden Objekt 11 erkannte schadhafte Stelle geschlossen wird. Bei dem zu untersuchenden Objekt 11 handelt es sich im Rahmen der Darstellung nach der 1 um eine Mine bzw. Seemine M. Das Objekt 11 bei der Variante nach der 2 ist dort als Pipeline P ausgeführt. Schließlich handelt es sich bei dem Schornstein S im Rahmen der Darstellung nach der 3 um das betreffende Objekt 11.
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Neben der Manipulationseinheit 10 können das Arbeitsgerät 1 ebenso wie die Sensoreinheit 2 auch mit einer nicht ausdrücklich dargestellten Markierungseinheit ausgerüstet sein. Nach dem Ausführungsbeispiel übernimmt die Manipulationseinheit 10 zugleich die Funktion der Markierungseinheit. Mithilfe der Markierungseinheit bzw. Manipulationseinheit 10 im Beispielfall lassen sich folglich Markierungen am zu untersuchenden Objekt 11 anbringen, beispielsweise im Bereich einer Schadensstelle, die mithilfe des Sensors 9 erfasst worden ist. Die Erfassung dieser Schadensstelle erfolgt dabei erfindungsgemäß beispielsweise im Rahmen der Variante nach der 2 und bei der Untersuchung der Pipeline P sowohl von außen als auch von innen, so dass ein gegenüber dem Stand der Technik besonders aussagekräftiger Datensatz im Endeffekt in der Steuereinheit 7 zur Verfügung steht, um das betreffende Objekt 11 und insbesondere die Schadensstelle im Beispielfall umfassend charakterisieren zu können. Als denkbare und mit Hilfe der Markierungseinheit bzw. Manipulationseinheit 10 aufbringbare Markierungen können jedweder Arten im Rahmen der Erfindung Berücksichtigung finden. Beispielsweise kann die Markierung in flüssiger Form, in Pulverform oder auch als Lasermarkierung, in Gestalt eines elektromagnetischen Senders etc. angebracht werden.
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Wie bereits erläutert, können sowohl das Arbeitsgerät 1 als auch die Sensoreinheit 2 zumindest in ihrer jeweiligen Ruheposition an oder in der bereits beschriebenen Plattform 5 aufgenommen werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Akkumulator 4 zu tauschen oder für ein Aufladen des Akkumulators 4 zu sorgen, nämlich mithilfe der Energieerzeugungseinheit 6 an der Plattform 5.
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Bei dem zuvor bereits angesprochenen Sensor 9 der fliegenden Sensoreinheit 2 bzw. des Arbeitsgerätes 1 handelt es sich vorteilhaft und jeweils um einen bildgebenden Sensor 9. Tatsächlich kann dieser Sensor 9 als Kamera, Nachtsichtkamera, Infrarotkamera etc. ausgebildet sein. Als Folge hiervon stehen umfassende Daten des zu untersuchenden Objektes 11 zur Verfügung, nicht nur was etwaige Schadensstellen angeht. Sondern mithilfe des Arbeitsgerätes 1 kann auch das betreffende Objekt 11 an einer Schadensstelle repariert werden. Dazu steht die Manipulationseinheit 10 des Arbeitsgerätes 1 zur Verfügung. Beispielsweise kann mithilfe der Manipulationseinheit 10 im Beispielfall nach der 2 die Pipeline P von innen im Bereich einer Schadensstelle wieder geschlossen werden. Zugleich ist die fliegende Sensoreinheit 2 mit ihrer eigenen Manipulationseinheit 10 ergänzend in der Lage, die betreffende Schadensstelle von außen ebenfalls bearbeiten zu können und beispielsweise für einen Verschluss zu sorgen.
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Im Rahmen der Variante nach der 2 und auch ansonsten kann die fliegende Sensoreinheit 2 grundsätzlich auch dazu genutzt werden, nicht nur die Pipeline P als zu untersuchendes Objekt 11 abzutasten. Sondern es besteht mit Hilfe beispielsweise von Ultraschallsensoren oder als Bodenabtastradar ausgebildeten Sensoren zusätzlich noch die Möglichkeit, den Untergrund im Bereich der Pipeline P bzw. des zu untersuchenden Objektes 11 abzutasten. Dadurch lassen sich mit Hilfe der Sensoreinheit 2 Daten über die Bodenbeschaffenheit erfassen, um beispielsweise Bodenabsenkungen und als Folge hiervon mögliche Schadstellen an oder in der Pipeline P messen zu können.
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Bei der Variante nach der 3 kann mithilfe des Arbeitsgerätes 1 eine beispielsweise im Inneren des dortigen Schornsteines S als zu untersuchendes Objekt 11 vorhandene und lediglich dort angedeutete Beschichtung 12 abgetragen werden. Dazu verfügt das Arbeitsgerät 1 erneut über die Manipulationseinheit 10, die in diesem Fall beispielsweise mit einem Fräskopf oder sonstigen Schabwerkzeugen ausgerüstet ist. Bei diesem Vorgang kann mithilfe der fliegenden Sensoreinheit 2 im Bereich der kopfseitigen Öffnung des Schornsteines S bzw. der Schornsteinöffnung mithilfe eines weiteren Sensors 13 an der fliegenden Sensoreinheit 2 festgestellt werden, ob bei diesem Bearbeitungsvorgang etwaige Schadstoffe über die Schornsteinöffnung in die Umgebungsluft abgegeben werden. Jedenfalls eröffnet die kombinatorische Zusammenarbeit des vorzugsweise selbstfahrenden Arbeitsgerätes 1 in Verbindung mit der fliegenden Sensoreinheit 2 eine umfassende Untersuchung einzelner Objekte 11 nicht nur auf Schadensstellen, sondern kann das betreffende Objekt 11 sogar wie im Beispielfall des Schornsteines S bearbeitet werden, bevor beispielsweise eine Sprengung oder ein Abbruch des Schornsteines S vorgenommen wird.
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Auch in diesem Fall sowie bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann eine Plattform 5 realisiert werden, die zur Aufnahme der Sensoreinheit 2 in ihrer jeweiligen Ruheposition dient. Die Plattform 5 kann dabei am Fuß des Schornsteines S bzw. des zu untersuchenden Objektes 11 angeordnet werden. Auch eine Anbringung der Plattform 5 am zu untersuchenden Objekt 11 bzw. dem Schornstein S ist generell möglich.
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Wenn die Bearbeitung oder die Bergung oder auch eine Zerstörung des Objektes 11 weder mithilfe des selbstfahrenden Arbeitsgerätes 1 noch der fliegenden Sensoreinheit 2 möglich ist oder zu Problemen führen könnte, kann anhand des das Objekt 11 charakterisierenden und umfassenden Datensatzes in der zentralen Steuereinheit 7 entschieden werden, ob beispielsweise eine externe Manipulationseinheit für diese Aufgabe heranzuziehen ist. Diese externe Manipulationseinheit kann dabei über ein separates Fahrzeug zum betreffenden Objekt 11 hin transportiert werden, was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Ebenfalls nicht ausdrücklich bildlich wiedergegeben ist die weitergehende Möglichkeit, mit mehreren Arbeitsgeräten 1 und/oder mehreren fliegenden Sensoreinheiten 2 zu arbeiten. Eine solche Vorgehensweise empfiehlt sich beispielsweise bei der Variante nach der 2. Denn sofern als zu untersuchendes Objekt 11 eine Pipeline P in Frage kommt, ist zu berücksichtigen, dass solche Pipelines oftmals etliche tausend Kilometer lang sind, so dass die Pipeline P bzw. das betreffende Objekt 11 in einzelne Untersuchungssektionen unterteilt werden kann und innerhalb dieser Sektionen jeweils eine Kombination aus der Sensoreinheit 2 und dem Arbeitsgerät 1 zum Einsatz kommt. Die einzelnen Sektionen und ihre Aufteilung wird dann mithilfe der zentralen Steuereinheit 7 bzw. einzelner Teil-Steuereinheiten 7a, 7b aufeinander abgestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017116659 A1 [0002]
- DE 102019111317 A1 [0003]
