DE102022118915A1 - Autonomous flying robot with external cloud-based data processing - Google Patents

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DE102022118915A1
DE102022118915A1 DE102022118915.5A DE102022118915A DE102022118915A1 DE 102022118915 A1 DE102022118915 A1 DE 102022118915A1 DE 102022118915 A DE102022118915 A DE 102022118915A DE 102022118915 A1 DE102022118915 A1 DE 102022118915A1
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Nils Gageik
Sebastian Haas
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    • G05D2109/20
    • G05D2111/10
    • G05D2111/54
    • G05D2111/64

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung der Autonomie eines Flugroboters, umfassend einen Flugroboter (2) mit einem Kamerasystem (21) zur Erfassung von Bilddaten (BD) und oder Bild-/Tiefendaten (BTD), einer Recheneinheit (22) zur Gewinnung von Umgebungsinformationen und/ oder Odometrieinformationen aus den Bilddaten und/oder Bild-/Tiefendaten (BTD) sowie ggf. weiterer Daten, sowie zur Generierung von Flugsteuerkommandos (FSK) unter Berücksichtigung der Hindernisinformationen , Odometrieinformationen und gegebenenfalls weitere Informationen, einem Sendeempfänger (23) zum Senden eines Teils oder aller der Bilddaten und/oder der Bildinformationen und/oder der Odometrieinformationen an einen externen Leistungsrechner (3) zur Ausführung komplexerer Datenverarbeitungsaufgaben umfassend die weitergehende Verarbeitung der Bilddaten und/oder Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen, um daraus nach Situations- und Navigationsvorgaben zu errechnen und über einen Sendeempfänger (33) des Leistungsrechners (3) an den Flugroboter (2) weiterzugeben, wobei die Recheneinheit (22) die Situation zur Navigationsvorgaben bei der Generierung der Flugsteuerkommandos (FSK) berücksichtigt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein korrespondierendes Verfahren zur Verbesserung der Autonomie eines Flugroboters sowie ein Logistikverfahren unter Verwendung der Anordnung und/oder Anwendung des Verfahrens.The present invention relates to an arrangement for improving the autonomy of a flying robot, comprising a flying robot (2) with a camera system (21) for recording image data (BD) and/or image/depth data (BTD), a computing unit (22) for obtaining environmental information and/or odometry information from the image data and/or image/depth data (BTD) and possibly further data, as well as for generating flight control commands (FSK) taking into account the obstacle information, odometry information and possibly further information, a transceiver (23) for sending a Part or all of the image data and/or the image information and/or the odometry information to an external performance computer (3) for carrying out more complex data processing tasks, comprising further processing of the image data and/or environmental information and/or odometry information in order to calculate it based on situation and navigation specifications and pass it on to the flying robot (2) via a transceiver (33) of the performance computer (3), the computing unit (22) taking the situation into account for the navigation specifications when generating the flight control commands (FSK). The invention further relates to a corresponding method for improving the autonomy of a flying robot and a logistics method using the arrangement and/or application of the method.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Verbesserung der Autonomie eines kompakten Flugroboters umfassend einen Flugroboter mit einem Kamerasystem zur Erfassung von Bilddaten, einer Recheneinheit zur Ausführung einfacher Datenverarbeitungsaufgaben, einem Senderempfänger zum Senden von Daten oder Informationen an eine externen Datenverarbeitungsplattform, welche der Ausführung komplexerer Datenverarbeitungsaufgaben zur Unterstützung des Flugroboters bei der Situationserfassung und Navigation dient. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Logistikverfahren unter Verwendung der Anordnung und Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The present invention relates to an arrangement and a method for improving the autonomy of a compact flying robot, comprising a flying robot with a camera system for acquiring image data, a computing unit for carrying out simple data processing tasks, a transceiver for sending data or information to an external data processing platform, which can carry out more complex ones Data processing tasks are used to support the flying robot in situation detection and navigation. The invention further relates to a logistics method using the arrangement and application of the method according to the invention.

Autonome Flugroboter, auch Drohnen genannt, im kleinen bis mittleren Nutzlastbereich von einigen hundert Gramm bis einigen Kilogramm werden schon seit einigen Jahren zum Transport von, insbesondere zeitkritischen, Gütern vorgeschlagen und auch eingesetzt. Derartige Güter, wie beispielsweise wichtige Briefe oder Medikamente wurden traditionell per Kurier versendet um schnell an ihren Zielort zu gelangen. Technisch bedingt eignen sich hierbei schwebeflugfähige Flugroboter eher für kurze, beispielsweise innerstädtische Strecken von einigen Kilometern. Drohnen mit festen Tragflächen können jedoch auch auf weiteren, beispielsweise Überlandstrecken von einigen zehn Kilometern oder mehr eingesetzt werden.Autonomous flying robots, also known as drones, in the small to medium payload range of a few hundred grams to a few kilograms have been proposed and used for several years to transport goods, particularly time-critical goods. Such goods, such as important letters or medication, were traditionally sent by courier in order to reach their destination quickly. For technical reasons, flying robots capable of hovering are more suitable for short distances of a few kilometers, for example inner-city routes. However, drones with fixed wings can also be used on longer routes, for example overland routes of a few tens of kilometers or more.

Flugroboter kommen dabei bisher weitgehend nur im Außenbereich zum Einsatz. Beispiele für den Einsatz von Flugrobotern zum Transport im Au-ßenbereich finden sich beispielsweise in den Schriften US 9,567,081 B1 , US 9,650,136 B1 , US 2014/0217230 A1 , und US 10,730,621 B2 . Güterlieferung im Außenbereich ist auch in den Patentanmeldungen DE 10 2019 108256 .0, und DE 10 2021 130652.3 der Anmelderin thematisiert.Flying robots have so far only been used outdoors. Examples of the use of flying robots for outdoor transport can be found in the writings, for example US 9,567,081 B1 , US 9,650,136 B1 , US 2014/0217230 A1 , and US 10,730,621 B2 . Outdoor delivery of goods is also in the patent applications DE 10 2019 108256 .0, and DE 10 2021 130652.3 addressed by the applicant.

Die Gründe hierfür liegen zum einen darin, dass bisher bekannte Transportdrohnen von ihren Abmessungen her ungeeignet sind, sich sicher durch ein Gebäude zu bewegen oder in dieses hineinzugelangen. Um mit ausreichend Sicherheitsabstand nach allen Seiten durch die für Menschen ausgelegten Türen zu fliegen oder sich durch Räume und Gänge zu bewegen, müssen Spannweiten / Durchmesser der Propellerkreiszonen im Bereich von höchstens 25 - 40cm liegen. Beim Einsatz in Warenlagern mit größeren Toren und lichten Gangweiten wären auch größere Drohnen im Größenbereich von 60cmPropellerkreisdurchmesser einsetzbar. Mit der Größe und den maximal tolerierbaren, durch die Propeller verursachten Verwirbelungen ist auch die maximale Flugmasse auf ein bis ein paar Kilogramm bzw. Nutzlast auf hundert bis einige hundert Gramm begrenzt.The reasons for this are, on the one hand, that the dimensions of previously known transport drones are unsuitable for safely moving through or entering a building. In order to fly through the doors designed for people or to move through rooms and corridors with sufficient safety distance on all sides, the spans / diameters of the propeller circle zones must be in the range of a maximum of 25 - 40cm. When used in warehouses with larger gates and clear aisles, larger drones in the size range of 60cm propeller circle diameter could also be used. With the size and the maximum tolerable turbulence caused by the propellers, the maximum flight mass is also limited to one to a few kilograms and the payload to one hundred to a few hundred grams.

Zum anderen verfügen bisherige Lieferdrohnen auch nicht über eine ausreichend präzise Sensorik, um die Navigation innerhalb eines Gebäudes zu bewerkstelligen. Das Zurechtfinden in einem Gebäude erfordert eine wesentlich komplexere Routenplanung und Navigation als das Fliegen im Au-ßenbereich. Wohingegen bei letzteren im einfachen Fall nur eine gerade Strecke von A nach B zurückzulegen, und auch in komplizierteren Fällen nur eine Reihe von Wegpunkten abzufliegen ist, welche beispielsweise mit Hilfe einer Satelliten gestützten Navigation alleine oder in Kombination mit einer Inertialnavigation möglich ist, erfordert das Navigieren durch ein Gebäude die Bestimmung der Position auf einem Plan oder einer Karte (der Stockwerke) des Gebäudes, welche relative Lage und Größe der Gänge, Zimmer und dieser verbindenden Türen oder anderer Öffnungen enthält. Beim Navigieren durch unbekannte Gebäude muss gar eine simultane Kartographierung und Positionsbestimmung (SLAM, simultaneous localization and mapping) erfolgen. In jedem Fall muss eine gebäudegängige Lieferdrohne auch eine wesentlich ausgefeiltere Hinderniserkennung und -vermeidung beherrschen, da anders als in den meisten Fällen im Außeneinsatz nicht in eine beliebige Richtung ausgewichen werden kann. In einigen Fällen können auch beabsichtigte Routen durch Hindernisse für die Drohne unpassierbar werden, so dass die Route durch das Gebäude verworfen, und eine Alternativroute gesucht werden muss.On the other hand, previous delivery drones do not have sufficiently precise sensors to be able to navigate within a building. Finding your way around a building requires much more complex route planning and navigation than flying outside. Whereas in the latter, in the simple case, you only have to cover a straight route from A to B, and in more complicated cases you only have to fly through a series of waypoints, which is possible, for example, with the help of satellite-based navigation alone or in combination with inertial navigation, requires navigation by a building, the determination of the position on a plan or map (of the floors) of the building, which contains the relative position and size of the corridors, rooms and doors or other openings connecting them. When navigating through unknown buildings, simultaneous mapping and positioning (SLAM, simultaneous localization and mapping) must be carried out. In any case, a building-accessible delivery drone must also be capable of much more sophisticated obstacle detection and avoidance, since, unlike most cases in outdoor use, it cannot be swerved in any direction. In some cases, intended routes may become impassable for the drone due to obstacles, so the route through the building must be discarded and an alternative route must be found.

Auf der für die Navigation nötigen oder zu erstellenden Karte des Gebäudes umfassend Position, Größe und relative Lage der einzelnen Räume, Gänge und dieser verbindenden Öffnungen, sind bevorzugt auch Hindernisse verzeichnet. Solche Karten erfordern einen vergleichsweise großen Speicherbedarf, der den üblicherweise in den Flugsteuerungen bekannter Flugroboter vorhandenen Speicher übersteigt. Des Weiteren ist die Routenplanung auf einer solchen Karte vergleichsweise rechenintensiv, was insbesondere im Falle eines nötigen ad-hoc Um-Planens der Route einen autonom navigierenden Flugroboter vor große Probleme stellen und bei Zugrundelegung der üblicherweise auf autonomen Flugrobotern, welche die zum Gebäudeflug oben angedeutete geeignete Größe und Flugmasse aufweisen, vorhandenen Rechenkapazität zu einer zu großen Verzögerung für eine flüssige und sichere Navigation durch ein Gebäude führen würde. Die einfachsten Lösung, die an Bord der Drohne vorhandene Rechenleistung zu vergrößern, ist deswegen unvorteilhaft, weil diese den Energiebedarf erhöht und somit entweder zu einer verringerten Nutzlast oder einer höheren Abflugmasse führt und gegebenenfalls innerhalb der oben erwähnten Flugmassengrenzen gar nicht praktikabel ist.Obstacles are preferably also recorded on the map of the building required or to be created for navigation, which includes the position, size and relative position of the individual rooms, corridors and openings connecting them. Such cards require a comparatively large memory requirement, which exceeds the memory usually available in the flight controls of known flying robots. Furthermore, route planning on such a map is comparatively computationally intensive, which poses major problems for an autonomously navigating flying robot, especially in the case of a necessary ad-hoc re-planning of the route, and based on the data usually used on autonomous flying robots, which are suitable for building flight indicated above size and flight mass, existing computing capacity would lead to too great a delay for smooth and safe navigation through a building. The simplest solution of increasing the computing power available on board the drone is disadvantageous because it increases the energy requirement and thus leads to either a reduced payload or a higher take-off mass and may not be practical within the above-mentioned flight mass limits.

Für den Gebäudeflug gedachte Flugroboter sind in den Folgenden Schriften beschrieben:

  • Die Veröffentlichungsschrift einer US Patentanmeldung US 2019/0072979 A1 stellt ein System und ein Verfahren zur gemeinsamen Operation zwischen einem autonomen mobilen Roboter, insbesondere einer flugfähigen Drohne und einer intelligenten Umgebung, in welcher über ein Kommunikationsnetzwerk zur Verfügung gestellte Cloud-Dienste dem mobilen Roboter erlauben, im Inneren eines Gebäudes zu navigieren um etwa Güter abzuholen oder -liefern. Die verfügbaren Cloud-Dienste können einen Karteninformationensdienst, von dem der mobile Roboter Karten des Gebäude erfragen kann, und einen Gebäudeinfrastrukturdienst, der Auskunft über Abhol- oder Abladepunkte sowie Kundenpräferenzen geben kann, umfassen. Eine Unterscheidung der auf einem mobilen Roboter beim sicheren und zielgerichteten Bewegen innerhalb eines Gebäudes nötigen Datenverarbeitungsaufgaben nach Komplexitätsgrad und die Auslagerung komplexerer Datenverarbeitungsaufgaben an externe Datenverarbeitungsplattformen an die Cloud-Dienste wird dort aber nicht vorgeschlagen. Die im dort betrachteten Stand der Technik als bekannt bezeichnete zentrale Steuerung des mobilen Roboters wird eher im Gegenteil als zu unflexibel bei sich änderenden Umständen verworfen.
Flying robots intended for building flights are described in the following documents:
  • The published specification of a US patent application US 2019/0072979 A1 presents a system and a method for joint operation between an autonomous mobile robot, in particular a flight-capable drone, and an intelligent environment in which cloud services provided via a communication network allow the mobile robot to navigate inside a building in order to pick up goods, for example or deliver. The available cloud services may include a map information service from which the mobile robot can query maps of the building, and a building infrastructure service which can provide information about pick-up or drop-off points as well as customer preferences. However, a distinction between the data processing tasks required on a mobile robot for safe and targeted movement within a building according to the level of complexity and the outsourcing of more complex data processing tasks to external data processing platforms to the cloud services is not suggested there. On the contrary, the central control of the mobile robot, which is described as known in the prior art considered there, is rejected as being too inflexible when circumstances change.

Die internationale Veröffentlichungsschrift WO 2014/197067 A1 betrifft eine modulare Drohne mit einer Navigationseinheit, welche die Drohne zur Navigation innerhalb eines Warenhauses befähigt, einem RFID-Leser und einem drahtlosen Senderempfänger, über welchen die Drohne Routeninformationen empfangen kann, welche von einer externen Datenverarbeitungsinfrastruktur oder einem menschlichen Piloten zur Verfügung gestellt wird. Die Drohne navigiert dann mittels der Navigationseinheit entlang der Route zu einem Zielpunkt, wobei unterwegs RFID Tags gelesen und Standortinformationen über den Senderempfänger ausgetauscht werden. Die Drohne operiiert vollständig autonom und führt alle zum Navigation des Warenhauses nötigen Datenverarbeitungsaufgaben on-board durch.The international publication WO 2014/197067 A1 relates to a modular drone with a navigation unit that enables the drone to navigate within a warehouse, an RFID reader and a wireless transceiver via which the drone can receive route information provided by an external data processing infrastructure or a human pilot. The drone then navigates along the route to a destination using the navigation unit, reading RFID tags along the way and exchanging location information via the transmitter receiver. The drone operates completely autonomously and carries out all data processing tasks necessary for navigating the department store on-board.

In dem Dokument WO 2018/067544 A2 wird ein System umfassend eine Drohne für den Flug innerhalb von Gebäuden, insbesondere Lagerhallen, vorgeschlagen, bei dem eine Drohne mit einem externen Computersystem kommuniziert, welches Karten- und Routeninformationen speichert, welche von der Drohne durch Kartieren der Umgebung erfasst werden können. Die Drohne umfasst ein Navigationsmodul zur dynamischen Navigation und Hindernisvermeidung, wobei als Sensoren zur Umgebungserfassung Sonar, Radar, Bildanalyse visueller Informationen, Thermische Bilder, Orientierung an Signalbaken, Laserhöhenmesser und GPS vorgeschlagen werden. Die Auslagerung komplexerer Datenverarbeitungsprozesse auf das Computersystem wird hingegen nicht in Betracht gezogen.In the document WO 2018/067544 A2 a system comprising a drone for flight within buildings, in particular warehouses, is proposed, in which a drone communicates with an external computer system which stores map and route information, which can be recorded by the drone by mapping the environment. The drone includes a navigation module for dynamic navigation and obstacle avoidance, with sonar, radar, image analysis of visual information, thermal images, orientation to signal beacons, laser altimeter and GPS proposed as sensors for environmental detection. However, outsourcing more complex data processing processes to the computer system is not considered.

Die vorbeschriebenen, bekannten für den Gebäudeflug konstruierten Flugroboter haben dabei das Problem, nur vergleichsweise kleine Nutzlasten über nur mäßige Strecken transportieren zu können, da die an Bord vorhandenen Komponenten der Sensorik und Steuerung umfrangreich und entsprechend massiv sind und dadurch auch einen hohen Energiebedarf haben. The above-described, known flying robots designed for building flights have the problem of only being able to transport comparatively small payloads over only moderate distances, since the sensor and control components on board are extensive and correspondingly massive and therefore also have a high energy requirement.

Diese Flugroboter sind aufgrund Ihrer damit einhergehenden Komplexität auch vergleichsweise kostspielig in der Anschaffung.Due to their associated complexity, these flying robots are also comparatively expensive to purchase.

Es besteht daher weiterhin das Problem, Gütertransport-Flugroboter von geeigneter Größe und Flugmasse zur sicheren und flüssigen autonomen Navigation innerhalb von Gebäuden zu befähigen. Zugleich sollen diese Flugroboter möglichst günstig herzustellen sein. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Flugroboter, und Navigationsverfahren für diese bereitzustellen.There is therefore still the problem of enabling freight transport flying robots of suitable size and flight mass to safely and smoothly autonomously navigate within buildings. At the same time, these flying robots should be as cheap as possible to produce. It is the object of the present invention to provide such flying robots and navigation methods for them.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 8 sowie eine Verwendung der Anordnung und Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 10.This task is solved by an arrangement according to claim 1, a method according to claim 8 and a use of the arrangement and application of the method according to claim 10.

Der Flugroboter gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung ist hierbei als Hauptsensorik zumindest mit einem Kamerasystem umfassend mindestens eine Kamera zur Erfassung von Bilddaten, einer ersten Recheneinheit zur Verarbeitung der Bilddaten zur Gewinnung von Umgebungs- bzw Hindernisinformationen und/oder Odometrieinformationen und einem Senderempfänger zum Datenaustausch mit einer externen Datenverarbeitungsplattform ausgestattet. Diese externe Datenverarbeitungsplattform dient dazu, komplexere Datenverarbeitungsaufgaben auszuführen, deren Anforderungen die auf den zur Navigation innerhalb Gebäuden notwendigerweise kompakten Flugroboter vorhandene Rechenkapazität übersteigen würde.The flying robot according to the arrangement according to the invention is here as main sensor system at least with a camera system comprising at least one camera for capturing image data, a first computing unit for processing the image data to obtain environmental or obstacle information and / or odometry information and a transmitter receiver for data exchange with an external data processing platform fitted. This external data processing platform is used to carry out more complex data processing tasks, the requirements of which would exceed the computing capacity available on the flying robot, which is necessarily compact for navigation within buildings.

Die externe Datenverarbeitungsplattform kann hierbei ein dediziertes Rechengerät in der Art eines Leistungsrechner, etwa eines stationären PCs, einer Workstation oder auch eines Großrechner sein, der übersprechend zumindest über einen CPU mit hoher Rechenkapazität, also von 100 Gigaflop/s oder mehr, bevorzugt 1 Teraflop/s oder mehr verfügt. Der externe Leistungsrechner kann auch mobil sein, beispielsweise ein tragbarer Notebook oder Laptop mit entsprechender Rechenkapazität. Alternativ kann auch ein grö-ßerer autonomer Flugroboter, welcher lediglich für den externen Einsatz ausgelegt ist, jedoch den kleineren, gebäudegängigen Flugroboter soweit wie möglich begleitet, insbesondere auf der Flugroute im Außenbereich, als eine Art Mutterschiff die Rolle der externen Datenverarbeitungsplattform übernehmen.The external data processing platform can be a dedicated computing device in the form of a performance computer, such as a stationary PC, a workstation or even a mainframe computer, which at least has a CPU with high computing capacity, i.e. 100 gigaflops/s or more, preferably 1 teraflop/s. s or more. The external performance computer can also be mobile, for example a portable notebook or laptop with appropriate computing capacity. Alternatively A larger autonomous flying robot, which is only designed for external use, but accompanies the smaller, building-accessible flying robot as far as possible, especially on the outdoor flight route, can also take on the role of the external data processing platform as a kind of mother ship.

In alternativen Ausführungen der Erfindung ist Datenverarbeitungsplattform nicht ein einzelner, physischer Leistungsrechner, sondern ein unter dem Begriff „Cloud“ bekanntes Netzwerk von verbundenen Rechnern, auf welches beliebige Daten und auch Datenverarbeitungsprozesse ausgelagert werden können. Durch Ausführen einer dedizierten Software wird eine solche Cloud auf die oben sowie nachfolgend genauer beschriebene Unterstützung des Flugroboters vorbereitet. Man kann eine solche cloudbasierte Datenverarbeitungsplattform auch als virtuellen Leistungsrechner bezeichnen.In alternative embodiments of the invention, the data processing platform is not a single, physical performance computer, but rather a network of connected computers, known under the term “cloud”, to which any data and data processing processes can be outsourced. By running dedicated software, such a cloud is prepared to support the flying robot as described above and in more detail below. Such a cloud-based data processing platform can also be referred to as a virtual performance computer.

Unabhängig von der Realisierung der externen Datenverarbeitungsplattform als physischer oder als virtueller Leistungsrechner erfolgt der Datenaustausch zwischen ihr und dem Flugroboter über Funk unter der Verwendung eines eigenen Übertragungsprotokolls, wie beispielsweise WiFi, ZigBee, Bluetooth oder Z-Wave. Hierbei ist keine direkte Kommunikation zwischen den Flugroboter und der externen Datenverarbeitungsplattform notwendig, sondern es können zwischengeschaltete Relaisstationen, etwa WiFi-Router oder -Extender, auf dem Kommunikationspfad eingebunden sein. Im Rahmen vorliegender Erfindung ist allein wesentlich, dass ein Datenaustausch mit ausreichend geringer Latenz zwischen den Flugroboter und dem externen Leistungsrechnermöglich ist. Die Latenz sollte hierbei hundert Millisekunden, bevorzugt 50 Millisekunden nicht übersteigen, was jedoch auch unter Zwischenschaltung von Datenweiterleitungsstationen ohne weiteres möglich ist.Regardless of whether the external data processing platform is implemented as a physical or virtual performance computer, data is exchanged between it and the flying robot via radio using its own transmission protocol, such as WiFi, ZigBee, Bluetooth or Z-Wave. No direct communication between the flying robot and the external data processing platform is necessary; instead, intermediate relay stations, such as WiFi routers or extenders, can be integrated into the communication path. In the context of the present invention, the only important thing is that data exchange with sufficiently low latency is possible between the flying robot and the external power computer. The latency should not exceed one hundred milliseconds, preferably 50 milliseconds, although this is also easily possible with the interposition of data forwarding stations.

Der Flugroboter, der erfindungsgemäßen Anordnung, verfügt über geeignete Antriebe und Steuerflächen um seine Ausrichtung, Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit zu kontrollieren und verfügt über Mittel und Einrichtungen um die zu transportierende Nutzlast aufzunehmen und während des Fluges sicher zu halten. Für letzteres kommt beispielsweis eine Ladebucht, eine Ladebox oder eine Transportgabel in Frage.The flying robot, the arrangement according to the invention, has suitable drives and control surfaces to control its orientation, direction of flight and flight speed and has means and devices to accommodate the payload to be transported and to hold it safely during the flight. For the latter, for example, a loading bay, a loading box or a transport fork can be used.

Weiterhin verfügt der Flugroboter über Sensoren zur Erfassung der Umgebung und bevorzugt ebenfalls zur unabhängigen Erfassung der Fluglage, - richtung und -geschwindigkeit, sowie über Datenverarbeitungsmittel, um aus den erfassten Daten Flugsteuerkommandos zu generieren, die Ausrichtung, Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung des Flugroboters während des Fluges bestimmen. Hierzu kann der Flugroboter über eine Recheneinheit, mit mindestens einer CPU verfügen. Diese CPU hat bevorzugt eine niedrige maximale Leistungsaufnahme von 15 Watt oder weniger oder zumindest lediglich eine mittlere maximale Leistungsaufnahme von zwischen 15 bis 30 Watt, wobei die leistungsspezifische Rechenleistung bei 100 Mflops / W (Megaflops pro Watt, 1 Mflops = 2^20 Fließkommaoperationen pro Sekunde) oder mehr, besser bei 500 Megaflops pro Watt oder mehr, oder bei 100 DMIPS oder mehr, bevorzugt 600 DMIPS oder mehr (1 DMIPS = 1757 Dhrystone-Ganzzahloperationen pro Sekunde) liegen sollte.Furthermore, the flying robot has sensors for detecting the environment and preferably also for independently detecting the flight attitude, direction and speed, as well as data processing means for generating flight control commands from the recorded data, which determine the orientation, flight speed and flight direction of the flying robot during the flight . For this purpose, the flying robot can have a computing unit with at least one CPU. This CPU preferably has a low maximum power consumption of 15 watts or less or at least only an average maximum power consumption of between 15 to 30 watts, with the performance-specific computing power being 100 Mflops / W (megaflops per watt, 1 Mflops = 2^20 floating point operations per second ) or more, better at 500 megaflops per watt or more, or at 100 DMIPS or more, preferably 600 DMIPS or more (1 DMIPS = 1757 Dhrystone integer operations per second).

Der Vorteil der Anordnung vorliegender Erfindung ist, dass sie erstmalig unter den gegebenen Beschränkungen hinsichtlich verfügbarer Rechenkapazität pro Watt und Prozessorgewicht die Umsetzung eines Flugroboters ermöglicht, welcher sich innerhalb von Gebäuden sicher und zielgerichtet fortbewegen kann. Dies war mit den aus den Stand der Technik bekannten Flugrobotern, welche alle Datenverarbeitungsaufgaben selbst, also on-board ausführen nicht möglich. Die Flugroboter gemäß vorliegender Erfindung kann durch Auslagerung rechenintensiver Prozesse auf die externe Datenverarbeitungsplattform in Form eines dedizierten, physischen oder eines virtuellen, cloudbasierten Rechners Gewicht und Leistung einsparen und somit trotz der für den Gebäudeflug notwendigen kompakten Bauweise eine hohe Nutzlastkapazität zu Verfügung stellen.The advantage of the arrangement of the present invention is that, for the first time, under the given restrictions in terms of available computing capacity per watt and processor weight, it enables the implementation of a flying robot that can move safely and purposefully within buildings. This was not possible with the flying robots known from the prior art, which carry out all data processing tasks themselves, i.e. on-board. The flying robot according to the present invention can save weight and performance by outsourcing computing-intensive processes to the external data processing platform in the form of a dedicated, physical or a virtual, cloud-based computer and thus provide a high payload capacity despite the compact design necessary for building flight.

Bevorzugte Weiterbildung vorliegender Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschlie-ßen, sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt und sollen im nachfolgenden einzeln vorgestellt werden.Preferred developments of the present invention, which can be implemented individually or in combination, provided they are not mutually exclusive, are set out in the dependent claims and will be presented individually below.

Der Flugroboter verfügt bevorzugt über eine Flugsteuerung bzw. Flugsteuereinheit, welche die von der Recheneinheit erzeugten Steuerkommandos in Bewegungen der Steuerflächen und der Antriebe des Flugroboters umsetzt. Die in der Flugsteuerung enthaltene CPU hat bevorzugt eine niedrige Leistungsaufnahme gemäß obiger Definition.The flying robot preferably has a flight control or flight control unit, which converts the control commands generated by the computing unit into movements of the control surfaces and the drives of the flying robot. The CPU contained in the flight controller preferably has a low power consumption as defined above.

Es können sowohl bei der Recheneinheit als auch bei der Flugsteuereinheit andere als die klassische von-Neumann Rechnerarchitekturen zum Einsatz kommen, beispielsweise neuromorphe oder hybride Architekturen.Both the computing unit and the flight control unit can use computer architectures other than the classic von Neumann, for example neuromorphic or hybrid architectures.

Um den Leistungsbedarf der Sensorik und Datenverarbeitung des Flugroboters niedrig zu halten, kommen Sensoren und Rechenbausteine mit möglich geringer Leistungsaufnahme zum Einsatz. Hierbei ist aber zu beachten, dass die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit ausreichend für die vom Flugroboter mit on-board, d. H den intern vorhandenen Datenverarbeitungsaufgaben sind. Diese Datenverarbeitungsaufgaben umfassen erfindungsgemäß bevorzugt zum einen die Ausführung der von den einzelnen Komponenten benötigten Treiber, sowie die Verarbeitung der von den Sensoren erfassten Signale, weiterhin die Regelung und Steuerung der Aktoren des Flugroboters als Basisfunktionen, welche in allen Ausführungen durch den Flugroboter selbst (on-board) durchgeführt werden.In order to keep the power requirements of the flying robot's sensors and data processing low, sensors and computing modules with the lowest possible power consumption are used. However, it should be noted that the data processing speed is sufficient for the flight robot with on-board, d. H are the internal data processing tasks. According to the invention, these data processing tasks preferably include, on the one hand, the execution of the drivers required by the individual components, as well as the processing of the signals detected by the sensors, as well as the regulation and control of the actuators of the flying robot as basic functions, which in all versions are carried out by the flying robot itself (on- board).

Als etwas höhere Funktionen führt der Flugroboter in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch eine Hindernis- und einfache Situationserkennung aus, welche dazu dient, auf kurzfristig erkannte oder in den vorher berechneten Flugweg tretende Hindernisse schnell zu erkennen und ein Ausweich- und/oder Bremsmanöver einzuleiten, um Kollisionen zu vermeiden. In anderen Ausführungsformen, insbesondere im Falle besonders kompakter und leichter erfindungsgemäßer Lieferdrohnen werden jedoch auch diese Funktionen durch die externe Datenverarbeitungsplattform ausgeführt. Diese Ausführungsformen eignen sich besonders für den Fall, dass eine Funkverbindung niedriger Latenz, etwa 10 ms oder weniger, zwischen Drohne und Datenverarbeitungsplattform besteht.As somewhat higher functions, in some embodiments of the invention the flying robot also carries out obstacle and simple situation detection, which serves to quickly recognize obstacles that are recognized at short notice or that occur in the previously calculated flight path and to initiate an evasive and/or braking maneuver to avoid collisions. However, in other embodiments, particularly in the case of particularly compact and lightweight delivery drones according to the invention, these functions are also carried out by the external data processing platform. These embodiments are particularly suitable in the event that there is a low latency radio connection, approximately 10 ms or less, between the drone and the data processing platform.

Komplexere Datenverarbeitungsaufgaben werden erfindungsgemäß auf die externe Datenverarbeitungsplattform ausgelagert. Diese weitergehenden Datenverarbeitungsaufgaben umfassen zum einen eine weitergehende Situationserfassung, welche beispielsweise über das bloße Erkennen der Existenz eines Hindernisses und seiner ungefähren Position und Abmessung hinaus eine genauere Erkennung des Hindernisses hinsichtlich in Größe, Position, Bewegungsrichtung und Art (stationär, beweglich, fragil/verletzlich etc.) beinhaltet. Weiterhin fällt die Navigation hierunter, zumindest beim Flug innerhalb von Gebäuden / im Gebäudeflugmodus.According to the invention, more complex data processing tasks are outsourced to the external data processing platform. These further data processing tasks include, on the one hand, more detailed situation detection, which, for example, goes beyond the mere recognition of the existence of an obstacle and its approximate position and dimensions to a more precise recognition of the obstacle in terms of size, position, direction of movement and type (stationary, mobile, fragile/vulnerable, etc .) contains. Navigation also falls under this, at least when flying inside buildings / in building flight mode.

Hierbei kann die Aufgabe darin bestehen, auf einer bereits bekannten Karte anhand der vom Flugroboter aufgenommenen Bilddaten und/oder gewonnenen Hindernis- und Umgebungsinformation, sowie darüber hinaus der gewonnenen oder von weiteren auf dem Fluggerät vorhandenen Sensoren, wie beispielsweise Initialmesseinheiten, aufgenommene Odometrieinformationen eine derzeitige Position innerhalb des Gebäudes zu bestimmen. Alternativ, kann, beim Flug durch ein unbekanntes Gebäude, auch die vom Flugroboter aus den aufgenommenen Bilddaten Umgebungsinformationen. sowie die erwähnten Odometrieinformationen das Gebäude kartiert, also eine Karte der Größe und relativen Lage/Position von Räumen und Gängen deren Fenstern und Türen sowie von Hindernissen erstellt werden. Beim Kartieren wird in einem SLAM (simultaneous localisation and mapping) genannten Verfahren gleichzeitig zur Erstellung der Karte des Gebäudes auch die Position darauf bestimmt.The task here can be to determine a current position on an already known map based on the image data recorded by the flying robot and/or obstacle and environmental information obtained, as well as the odometry information obtained or recorded by other sensors present on the aircraft, such as initial measuring units within the building. Alternatively, when flying through an unknown building, the surrounding information can also be obtained from the image data recorded by the flying robot. as well as the odometry information mentioned, the building is mapped, i.e. a map of the size and relative location/position of rooms and corridors, their windows and doors as well as obstacles is created. When mapping, the position on it is determined at the same time as the map of the building is created in a process called SLAM (simultaneous localization and mapping).

Als Teilaufgabe der Navigation kann die externe Datenverarbeitungsplattform darüber hinaus eine bevorzugte Route von der derzeitigen Position des Flugroboters zu dem gewünschten Zielpunkt innerhalb des Gebäudes errechnen und diese Route zügig veränderten Umständen, etwa blockierten Wegen oder verschlossenen Türen, anpassen. Hierbei ist auch das Erkennen, ob ein Hindernis, auf welches der Flugroboter getroffen ist, umflogen werden kann, oder die geplante Route unmöglich macht, ist Aufgabe der Routenplanung auf der externen Datenverarbeitungsplattform.As a subtask of navigation, the external data processing platform can also calculate a preferred route from the current position of the flying robot to the desired destination within the building and quickly adapt this route to changing circumstances, such as blocked paths or locked doors. Detecting whether an obstacle that the flying robot has encountered can be flown around or makes the planned route impossible is also the task of route planning on the external data processing platform.

Für diesen vergleichsweise rechenintensiven Prozess ist die im Vergleich zu den Datenverarbeitungsmitteln des Flugroboters wesentlich höhere Rechenleistung der erfindungsgemäßen externen Datenverarbeitungsplattform prädestiniert. Diese übermittelt dem Flugroboter dann per Funk Situations- und Navigationsinformationen bzw. -vorgaben, welche der Flugroboter verwendet, um geeignete Flugsteuerkommandos zum Abfliegen der von der Datenverarbeitungsplattform errechneten Route zu generieren.The significantly higher computing power of the external data processing platform according to the invention compared to the data processing means of the flying robot is predestined for this comparatively computationally intensive process. This then transmits situation and navigation information or specifications to the flying robot via radio, which the flying robot uses to generate suitable flight control commands to fly along the route calculated by the data processing platform.

Sowohl beim Navigieren als auch dem Kartieren können Methoden, Verfahren und Algorithmen der Künstlichen Intelligenz zum Einsatz kommen.Artificial intelligence methods, procedures and algorithms can be used for both navigation and mapping.

Die externe Datenverarbeitungsplattform greift hierbei bevorzugt auf Daten zurück, welche bei der Beauftragung der vom Flugroboter auszuführenden Liefermission eingegeben wurden, sowie auf weitere aus externen Quellen beschaffte Daten.The external data processing platform preferably uses data that was entered when the delivery mission to be carried out by the flying robot was commissioned, as well as other data obtained from external sources.

Die An- bzw. Eingaben im Rahmen der Beauftragung können den Abholpunkt für das zu transportierende Gut in einem Startgebäude, einem Zielpunkt in einem Zielgebäude, wobei es sich hierbei auch um das Startgebäude handeln kann, eine bevorzugte Route zwischen den Gebäuden, sowie ggf. Lieferzeiten und/oder Prioritäten der Liefermission umfassen. Zusätzlich kann auch bei Beauftragung der Mission bereits nötige Informationen zur Wegfindung innerhalb der jeweiligen Gebäude, beispielsweise Karten der Gebäude oder einzelner Stockwerke mit oder ohne Markierung geeigneter Ein- bzw. Ausflugsöffnungen mitgeteilt werden. Alternativ kann die externe Datenverarbeitungsplattform auch dazu vorbereitet sein, derartige Informationen aus weiteren verfügbaren Quellen wie beispielsweise dem Internet bzw. einer Cloud abzurufen.The requests or inputs as part of the order can include the pickup point for the goods to be transported in a starting building, a destination point in a destination building, which can also be the starting building, a preferred route between the buildings, and, if applicable, delivery times and/or delivery mission priorities. In addition, when the mission is commissioned, the necessary information for finding the way within the respective buildings, for example maps of the buildings or individual floors with or without marking suitable entry or exit openings, can be provided. Alternatively, the external data processing platform can also be prepared to retrieve such information from other available sources such as the Internet or a cloud.

Die externe Datenverarbeitungsplattform erlaubt es auch, Daten von Missionen zu speichern, beispielsweise den Weg einer Mission von einem bestimmten Start zu einem bestimmten Zielgebäude sowie innerhalb der Gebäude befolgte Route oder Routen sowie die dafür benötigte Zeit. Hierdurch ist ein Lernprozess zwischen Missionen zur Optimierung der verfolgten Flugroute möglich.The external data processing platform also allows data from missions to be stored, for example the path of a mission from one specific start to a specific target building as well as the route or routes followed within the buildings and the time required for this. This enables a learning process between missions to optimize the flight route followed.

Damit die auf den Flugroboter verwendete Technik klein und leicht bleiben kann, ist es in einigen Ausführungsformen vorgesehen, nur die nötigsten Datenverarbeitungsaufgaben on-board, d. H durch den Flugroboter selbst, ohne Rückgriff auf die externe Datenverarbeitungsplattform, in Echtzeit auszuführen. Komplexere Datenverarbeitungsprozesse werden somit an die externe Datenverarbeitungsplattform ausgelagert.So that the technology used on the flying robot can remain small and light, in some embodiments it is provided that only the most necessary data processing tasks are on-board, i.e. H can be carried out in real time by the flying robot itself, without recourse to the external data processing platform. More complex data processing processes are therefore outsourced to the external data processing platform.

Eine sicherheitsrelevante Funktion ist die unmittelbare Kollisionsvermeidung. Hierzu muss der Flugroboter zur Erkennung von sich auf der Flugbahn befindlichen Hindernissen und deren Vermeidung in der Lage sein.A safety-relevant function is immediate collision avoidance. To do this, the flying robot must be able to detect obstacles on the flight path and avoid them.

Aus Sicherheitsgründen wird diese Funktion bevorzugt nicht ausgelagert, sondern vom Flugroboter mit seinen eigenen -Datenverarbeitungsmitteln onboard durchgeführt. Sofern allerdings zwischen Drohne und externer Datenverarbeitungsplattform eine stabile Datenverbindung mit niedriger Latenz garantiert ist, kann die zur Kollisionsvermeidung nötige Bilddatenanalyse auch durch die externer Datenverarbeitungsplattform erfolgen.For safety reasons, this function is preferably not outsourced, but rather carried out onboard by the flying robot using its own data processing means. However, if a stable data connection with low latency is guaranteed between the drone and the external data processing platform, the image data analysis necessary to avoid collisions can also be carried out by the external data processing platform.

Die Hinderniserkennung erfolgt in jedem Fall durch eine Auswertung der von den Kamerasystem erfassten Bilddaten mittels eines geeigneten Bildanalysealgorithmus. Bei einer onboard-Kollisionsvermeidung wird dieser von der Recheneinheit des Flugroboters ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine dedizierte Bilderkennungshardware auf der Drohne oder der Datenverarbeitungsplattform verwendet sein, entweder in Form eines ASIC (application specific integrated circuit), welcher den Bildverarbeitungsalgorithmus physisch umsetzt, oder ein entsprechend programmiertes FPGA (field programable gate array), oder ein neuromorpher Computertyp, welcher eine auf neuronalen Netzen basierende Bildererkennung direkt als Hardware realisiert. Derartige Hardware kann auch alternativ oder zusätzlich zu weiteren vorhandenen frei programmierbaren (general purpose) CPUs im externen Leistungsrechnervorhanden sein.Obstacle detection is always carried out by evaluating the image data captured by the camera system using a suitable image analysis algorithm. In the case of onboard collision avoidance, this is carried out by the computing unit of the flying robot. Alternatively or additionally, dedicated image recognition hardware can also be used on the drone or the data processing platform, either in the form of an ASIC (application specific integrated circuit), which physically implements the image processing algorithm, or a correspondingly programmed FPGA (field programmable gate array), or a neuromorphic one Type of computer that implements image recognition based on neural networks directly as hardware. Such hardware can also be present in the external performance computer as an alternative or in addition to other existing freely programmable (general purpose) CPUs.

Im einfachsten Fall kommt bei dem Kamerasystem des Flugroboters lediglich eine einzelne, in die übliche Flugrichtung des Flugroboters weisende, Kamera zum Einsatz. Bei einer einzelnen Kamera lassen sich aus den Bilddaten jedoch nicht direkt Tiefeninformationen extrahieren, was die Erkennung von Bildobjekten und insbesondere die Messung des Abstandes zu erkannten Objekten erschwert. Im Prinzip ist es möglich, den Abstand zu einem Objekt, dessen scheinbare Größenänderung bei Annäherung oder Entfernen unter Berücksichtigung der bekannten Fluggeschwindigkeit zu errechnen. Alternativ oder zusätzlich können auch wellenförmige Flugbewegungen, bei denen nähere Objekte eine stärke relative Richtungsänderungen erfahren als fernere Objekte, eine Abstandsbestimmung erlauben bzw. erleichtern.In the simplest case, the camera system of the flying robot only uses a single camera pointing in the usual direction of flight of the flying robot. However, with a single camera, depth information cannot be extracted directly from the image data, which makes the detection of image objects and in particular the measurement of the distance to detected objects more difficult. In principle, it is possible to calculate the distance to an object and its apparent change in size as it approaches or departs, taking into account the known flight speed. Alternatively or additionally, wave-shaped flight movements, in which closer objects experience greater relative changes in direction than more distant objects, can also allow or facilitate distance determination.

Dies setzt jedoch voraus, dass die Fluggeschwindigkeit bzw. -bahn auf andere Weise verlässlich bestimmt ist und/oder, dass die absolute Größe des/der Objekte/s mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist.However, this assumes that the flight speed or trajectory is reliably determined in another way and/or that the absolute size of the object(s) is known with sufficient accuracy.

Ersteres kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch das Zusammenspiel des Flugroboters und der externen Datenverarbeitungsplattform dadurch erreicht werden, dass auf der Datenverarbeitungsplattform eine genauere Bild- bzw. Objekterkennung durchgeführt, im Bild vorhandene Objekte identifiziert und deren Größe anhand vorbekannter Werte oder auf externen Quellen angegebener Werte bestimmt wird. Diese Information kann dann von der externen Datenverarbeitungsplattform verwendet werden, um die Fluggeschwindigkeit, im Allgemeinen auch die Flugrichtung aus der scheinbaren Größenänderung der verschiedenen im Bild erkannten Objekte zu bestimmen. Wird eine bevorstehende Kollision erkannt, wird der Flugroboter zu einer entsprechenden Flugbahnänderung angewiesen. Ein auf diese Weise autonomer Flugroboter könnte auch als durch eine KI ferngesteuerter Flugroboter bezeichnet werden.The former can be achieved in the arrangement according to the invention through the interaction of the flying robot and the external data processing platform by carrying out a more precise image or object recognition on the data processing platform, identifying objects present in the image and determining their size based on previously known values or values specified on external sources becomes. This information can then be used by the external data processing platform to determine the flight speed, and generally also the direction of flight, from the apparent change in size of the various objects detected in the image. If an impending collision is detected, the flying robot is instructed to change its trajectory accordingly. A flying robot that is autonomous in this way could also be referred to as a flying robot remotely controlled by an AI.

Der Nachteil hierbei ist, dass diese grundlegenden Parameter Fluggeschwindigkeit und -Richtung dann den Flugroboter nur mit einer im Wesentlichen durch die Datenverbindung zwischen Leistungsrechner und Flugroboter gegebener Latenz bekannt werden. Um ein sicheres Ausweichen oder rechtzeitiges Stoppen vor einem Hindernis verlässlich ausführen zu können, ist der Flugroboter bevorzugt selbst in der Lage, in kurzer Zeit eine grobe, konservative Approximation dieser wichtigen Flugparameter zu bestimmen. Mit einer reinen Bildanalyse der von einer Kamera aufgenommenen Bilddaten ist dies durch die auf den Flugroboter vorhandene Verarbeitungskapazität nicht praktikabel.The disadvantage here is that these basic parameters of flight speed and direction are then only known to the flying robot with a latency essentially given by the data connection between the performance computer and the flying robot. In order to be able to reliably avoid or stop in a timely manner in front of an obstacle, the flying robot itself is preferably able to determine a rough, conservative approximation of these important flight parameters in a short time. With a pure image analysis of the image data recorded by a camera, this is not practical due to the processing capacity available on the flying robot.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kommt daher in dem Kamerasystem des Flugroboters zu mindestens eine Tiefenkamera zum Einsatz. Diese Tiefenkamera, welche bevorzugt in die übliche Flugrichtung weisend in den Flugroboter integriert ist, erlaubt das direkte Erfassen von Tiefendaten, was eine Abschätzung der Entfernung zumindest von Objekten im näheren Bereich, bis zu Distanzen von einigen Metern, ermöglicht. Dann kann aus der vorhandenen Entfernung und einer erkannten scheinbaren Objektgrößenänderung auch direkt durch den Flugroboter die Fluggeschwindigkeit die Fluggeschwindigkeit oder die Flugrichtung bestimmt werden. Die Ausrichtung oder Pose des Flugroboters ergibt sich schon bei Verwendung von nur einer Kamera aus dem von dieser Kamera erfassten Bild und daraus erkennbaren Lagen der umgebenen Objekte.In preferred embodiments of the invention, at least one depth camera is therefore used in the camera system of the flying robot. This depth camera, which is preferably integrated into the flying robot pointing in the usual direction of flight, allows depth data to be recorded directly, which enables an estimate of the distance of at least objects in the closer area, up to distances of a few meters. Then you can the existing distance and a detected apparent change in object size can also be determined directly by the flying robot, the flight speed or the direction of flight. When using just one camera, the orientation or pose of the flying robot results from the image captured by this camera and the positions of the surrounding objects that can be recognized from this.

Zusätzlich zu einer nach vorne weisenden Tiefenkamera sind in weiterhin bevorzugten Ausführungsformen noch weitere Kameras vorhanden. Es ist beispielsweise vorteilhaft zumindest eine nach hinten weisende Kamera, insbesondere eine nach hinten weisende Stereokamera in den Flugroboter zu integrieren. Dies erlaubt eine Flugrichtung und -geschwindigkeitsbestimmung sowohl anhand sich annähender Objekte im Sichtbereich der vorderen Tiefenkamera als auch sich entfernende Objekte im Sichtbereich der nach hinten weisend Stereokamera durchzuführen. Hierdurch wird eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Flugrichtung und -geschwindigkeit erreicht. Ebenfalls kann die Flugrichtung umgekehrt werden, ohne dass eine Drehung um die Hochachse nötig wäre.In addition to a forward-facing depth camera, further cameras are present in further preferred embodiments. For example, it is advantageous to integrate at least one rear-facing camera, in particular a rear-facing stereo camera, into the flying robot. This allows flight direction and speed to be determined based on both approaching objects in the field of view of the front depth camera and receding objects in the field of vision of the rear-facing stereo camera. This achieves greater accuracy when determining the direction and speed of flight. The direction of flight can also be reversed without having to rotate around the vertical axis.

Auch bei der Verwendung von Stereo- und/oder Tiefenkameras kann das Kamerasystem des erfindungsmäßigen Flugroboters preiswert, leicht und mit einer geringen Leistungsaufnahme umgesetzt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil vor der üblicherweise bei Drohnen weitverbreitenden Laserscanner (LI DAR). Diese haben zwar den Vorteil, schnell ein sehr genaues 3D Abbild der Umgebung erfassen zu können, sind jedoch vergleichsweise groß, teuer und haben aufgrund der Tatsache, dass sie aktive Sensoren sind und die Umgebung mit einem aktiven Laserstrahl abtasten, einen recht hohen Energieverbrauch. Durch die ausschließliche Verwendung von (passiven) Kameras bei dem Flugroboter der erfindungsgemäßen Anordnung kann somit eine deutliche Verkleinerung, Gewichtsreduktion und Verringerung der Leistungsaufnahme der Hauptnavigationssensorik erreicht werden. Um diese Vorteile zu maximieren, sehen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen daher Flugroboter vor, die auf den Einsatz von Laserscannern ganz verzichten und ausschließlich mit Kameras zur Umgebungserfassung arbeiten.Even when using stereo and/or depth cameras, the camera system of the flying robot according to the invention can be implemented inexpensively, easily and with low power consumption. This is a significant advantage over the laser scanner (LI DAR) that is commonly used in drones. Although these have the advantage of being able to quickly capture a very accurate 3D image of the environment, they are comparatively large, expensive and have quite high energy consumption due to the fact that they are active sensors and scan the environment with an active laser beam. Through the exclusive use of (passive) cameras in the flying robot of the arrangement according to the invention, a significant reduction in size, weight reduction and reduction in the power consumption of the main navigation sensor system can be achieved. In order to maximize these advantages, preferred embodiments of the invention therefore provide flying robots that completely forego the use of laser scanners and work exclusively with cameras to detect the environment.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Navigation innerhalb eines Gebäudes ist die Bestimmung der zurückgelegten Wegstrecke und allgemein, bei Berücksichtigung auch der Richtungsinformation, der zurückgelegten Route bzw. Flugbahn. Dies soll vorliegend unter dem Begriff Odometrie zusammengefasst werden. Odometrie in diesem Sinne kann einmal durch den Flugroboter selbst anhand der von er Recheneinheit gewonnenen Hindernis- und Umgebungsinformationen durchgeführt werden. Hierbei wird wie oben beschrieben aus den von der oder den von Kameras erfassten Bilddaten zunächst Fluggeschwindigkeit und Flugrichtung bestimmt und diese dann im Verlauf des Fluges über Zeit auch integriert um die zurückgelegte Wegstrecke und Flugbahn zu bestimmen. Bei Verwendung nur einer einzelnen (Mono-) Kamera ist dies aufgrund der geringen Rechenkapazität sinnvoll nur durch die externe Datenverarbeitungsplattform möglich. Wenn auch der Flugroboter selbst über die Fähigkeit, Odometriedaten gewinnen zu können verfügen soll, so ist zumindest der Einsatz einer Stereo- bzw. Tiefenkamera notwendig, sodass, wie oben beschrieben, der Flugroboter aus seiner vergleichsweise geringen Datenverarbeitungsfähigkeiten Odometriedaten anhand der Tiefendaten der Bilddaten gewinnen kann.Another important aspect of navigation within a building is the determination of the distance traveled and, in general, taking into account the directional information, the route or trajectory traveled. This will be summarized here under the term odometry. Odometry in this sense can be carried out by the flying robot itself based on the obstacle and environmental information obtained by the computing unit. As described above, the flight speed and direction of flight are first determined from the image data captured by the camera(s) and these are then integrated over time in the course of the flight in order to determine the distance traveled and trajectory. If only a single (mono) camera is used, this is only possible using the external data processing platform due to the low computing capacity. If the flying robot itself should have the ability to obtain odometry data, at least the use of a stereo or depth camera is necessary so that, as described above, the flying robot can obtain odometry data based on the depth data of the image data from its comparatively low data processing capabilities .

In weiterhin bevorzugten Ausführungsformen verfügt der Flugroboter darüber hinaus über eine oder mehrere Inertiale Messeinheiten (IMU, inertal measurement units), welche eine unabhängige Sensorik zur Gewinnung von Information über Flugrichtung und -geschwindigkeit darstellen. In Kombination mit den aus Bilddaten gewonnen Informationen zu Flugrichtung und Geschwindigkeit ergibt sich hier eine größere Genauigkeit und eine vorteilhafte Redundanz. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit in der Positionsbestimmung und der Bestimmung von Flugrichtung und -geschwindigkeit wird insbesondere vorgeschlagen den Flugroboter mit zwei oder mehr Initiale Messeinheiten zu versehen.In further preferred embodiments, the flying robot also has one or more inertial measurement units (IMU), which represent an independent sensor system for obtaining information about flight direction and speed. In combination with the information about flight direction and speed obtained from image data, this results in greater accuracy and advantageous redundancy. In order to further improve the accuracy in position determination and the determination of flight direction and speed, it is particularly proposed to provide the flying robot with two or more initial measuring units.

Die Recheneinheit des Flugroboters kann über eine CPU mit niedriger Leistungsaufnahme (weniger als 15 W), und/oder eine CPU mit mittlerer Leistungsaufnahme (15 -30 Watt) verfügen. Alternativ können auch beide Arten von CPU in der Recheneinheit vorhanden sein, oder es kommt ein Flugroboter zum Einsatz, der zwei Recheneinheiten, eine mit einer CPU mittlerer Leistungsaufnahme. Prozessoren mit Vollastleistungsaufnahmen von über 30 Watt werden vorliegend als Hoch-Leistungsprozessoren (HP-CPU) bezeichnet.The computing unit of the flying robot can have a CPU with low power consumption (less than 15 W) and/or a CPU with medium power consumption (15 -30 watts). Alternatively, both types of CPU can be present in the computing unit, or a flying robot is used that has two computing units, one with a CPU of medium power consumption. Processors with full-load power consumption of over 30 watts are referred to here as high-performance processors (HP-CPU).

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Autonomie eines kompakten Flugroboters umfasst als wesentliche Merkmale das Erfassen von Bilddaten durch ein Kamerasystem des Flugroboters, das Gewinnen von Hindernis- und Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen aus den Bilddaten und gegebenenfalls weiterer, von anderen Sensoren, bereitgestellter Daten durch eine Recheneinheit des Flugroboters, Senden eines Teils oder aller der Bilddaten und/oder Hindernis- und Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen an eine externe Datenverarbeitungsplattform mittels eines Senderempfängers, die weitergehende oder tiefergehende Verarbeitung der vom Flugroboter empfangenen Daten und/oder Informationen der Errechnung on Situations-und Navigationsinformationen und -vorgaben bzw. -anweisungen, das Senden der Situations- und Navigationsvorgaben an den Flugroboter mittels eines Sendeempfängers der externen Datenverarbeitungsplattform, die Generierung von Flugsteuerkommandos betreffend die Ausrichtung, Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit des Flugroboters aus den von dem Flugroboter selbst ermittelten Umgebungs- und Hindernisinformationen und/oder Odometrieinformationen sowie auf Basis der vom externen Leistungsrechnerempfangenen Situations- und Navigationsvorgaben.The method according to the invention for improving the autonomy of a compact flying robot includes, as essential features, the acquisition of image data by a camera system of the flying robot, the acquisition of obstacle and environmental information and / or odometry information from the image data and, if necessary, further data provided by other sensors Computing unit of the flying robot, sending part or all of the image data and/or obstacle and environmental information and/or odometry information to an external data processing platform by means of a transceiver, which further or more in-depth processing of the data and/or information received from the flying robot for the calculation of situation and navigation information and specifications or instructions, sending the situation and navigation specifications to the flying robot using a transceiver of the external data processing platform, relating to the generation of flight control commands the orientation, flight direction and flight speed of the flying robot from the environment and obstacle information and/or odometry information determined by the flying robot itself, as well as based on the situation and navigation specifications received from the external performance computer.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Navigation in unterschiedlichen Modi, abhängig davon ob sich der Flugroboter innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes befindet. Im Außenbereich kommt, in grundsätzlich bekannter Art und Weise, eine Navigation entlang von Wegpunkten, oder auf einer direkten Linie von einen Startgebäude zu einem Zielgebäude zum Einsatz. Hierbei kann die Positionsbestimmung anhand von Satellitennavigationsdaten, ergänzt oder ersetzt durch eine Inertialnavigation durchgeführt werden. Dieser Außen- oder Freiflugmodus benötigt im Allgemeinen keinen Rückgriff auf die Bearbeitung durch das Kamerasystem ermittelten Bilddaten. Insofern kann der Flugroboter diesen Abschnitt der Mission auch ohne Datenkontakt zum externen Leistungsrechner vollautonom bewältigen. Die Erfassung und Bearbeitung der durch das Kamerasystem des Flugroboters aufgenommenen Bilddaten durch die Recheneinheit des Flugroboters sind aber bevorzugt auch im Freiflugmodus aktiv um zumindest eine Hinderniserkennung und Kollisionsvermeidung sicherzustellen. Sofern auch im Außenbereich eine Datenverbindung zum externen Leistungsrechner besteht, kann jedoch auch im Freiflugmodus die Navigation anhand von aus den Bilddaten gewonnener Umgebungsinformationen folgen.In preferred embodiments of the method according to the invention, navigation takes place in different modes, depending on whether the flying robot is inside or outside a building. In the outdoor area, navigation along waypoints or on a direct line from a starting building to a target building is used in a generally known manner. The position determination can be carried out using satellite navigation data, supplemented or replaced by inertial navigation. This outdoor or free flight mode generally does not require any recourse to the processing of image data determined by the camera system. In this respect, the flying robot can complete this section of the mission fully autonomously, even without data contact with the external performance computer. However, the capture and processing of the image data recorded by the camera system of the flying robot by the computing unit of the flying robot are preferably also active in free flight mode in order to at least ensure obstacle detection and collision avoidance. However, if there is a data connection to the external performance computer outside, navigation can also be carried out in free flight mode using environmental information obtained from the image data.

Den Eintrittspunkt in das Zielgebäude findet die Drohne der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung entweder dadurch, dass an der entsprechenden Stelle auf der Außenhülle des Gebäudes ein (End-)Wegpunkt der Außenbereichsstrecke gesetzt ist, oder dadurch, dass sie das Eintrittsfenster bei Erreichen des letzten Wegpunktes in der Nähe des Gebäudes und Wiederherstellen der Datenverbindung zur externen Datenverarbeitungsplattform von dieser mitgeteilt bekommt. Alternativ ist auch im Rahmen vorliegender Erfindung möglich, den Flugroboter mit der Fähigkeit auszustatten, das Zielgebäude systematisch nach geeigneten Eintrittspunkten abzusuchen.The drone of the arrangement according to the present invention finds the entry point into the target building either by setting an (end) waypoint of the outdoor area route at the corresponding point on the outer shell of the building, or by opening the entry window when it reaches the last waypoint near the building and restoring the data connection to the external data processing platform. Alternatively, within the scope of the present invention, it is also possible to equip the flying robot with the ability to systematically search the target building for suitable entry points.

Beim Einflug in das Gebäude positioniert sich die Drohne anhand der seitlichen Begrenzung der Eintrittsstelle (ein Fenster, eine Tür oder einem Tor) automatisch mittig, um möglichst hohe Toleranz gegenüber Fehlern und turbulenzbedingten Schwankungen beim Einflug zu haben. Eine mittige Positionierung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung wird auch beim Flug durch Räume und/oder Gänge des Gebäudes bevorzugt. Diese Positionierung wird nur zur Hindernis- bzw. Kollisionsvermeidung aufgegeben.When flying into the building, the drone automatically positions itself in the middle based on the side boundary of the entry point (a window, door or gate) in order to have the highest possible tolerance for errors and turbulence-related fluctuations during entry. Central positioning in both vertical and horizontal directions is also preferred when flying through rooms and/or corridors of the building. This positioning is only used to avoid obstacles or collisions.

Alternativ kann der Flugroboter auch dazu vorbereitet sein, oder im Verlauf von einer Mission dazu übergehen, beispielsweise Anhand entsprechender Navigationsvorgaben der Datenverarbeitungsplattform, statt einer mittigen Positionierung im vertikaler und/oder Horizontaler Hinsicht auch eine abweichende Positionierung annehmen. Beispielsweise kann der externe Leitungsrechner den Flugroboter anweisen, näher an der Decke eines Zimmers oder eines Ganges zu fliegen, um eine geringere Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit in einem Gebäude umherlaufenden Personen zu erzielen. Ebenfalls ist die lichte Weite im oberen Bereich von Gängen oder Räumen im Schnitt größer, da Mobiliar üblicherweise im unteren Raumbereich angeordnet ist. Beim Durchfliegen von Räumen oder Gängen mit bekannten Hindernissen im Deckenbereich kann der Flugroboter auf die Anweisungen des Leistungsrechners hin wieder mittig oder im unteren Bereich positionieren.Alternatively, the flying robot can also be prepared for this, or can switch to this in the course of a mission, for example based on the corresponding navigation specifications of the data processing platform, instead of a central positioning in the vertical and / or horizontal respect and also adopt a different positioning. For example, the external line computer can instruct the flying robot to fly closer to the ceiling of a room or hallway to reduce the likelihood of collisions with people walking around a building. The clear width in the upper area of corridors or rooms is also larger on average, as furniture is usually arranged in the lower area of the room. When flying through rooms or corridors with known obstacles in the ceiling area, the flying robot can position itself in the middle or in the lower area based on the instructions from the performance computer.

Zur Detektion der Einflugöffnung in das Zielgebäude können Stereokamera, Tiefenkamera, Initiale Messeinheiten oder auch Transpondersysteme, beispielsweise UWB-Transpondersysteme zum Einsatz kommen.Stereo cameras, depth cameras, initial measuring units or transponder systems, for example UWB transponder systems, can be used to detect the entry opening into the target building.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass bei Zugriff auf die Datenverarbeitungsplattform Flugroute und Positionen des Flugroboters weltweit verfolgbar sind, was eine Koordination von mehreren Systemen sowie eine Echtzeitanpassung der Funktionsparameter bei der Änderung des Wetters, Stornierung der Lieferung oder dergleichen möglich macht.An advantage of the method according to the invention and the use of the arrangement according to the invention is that when the data processing platform is accessed, the flight route and positions of the flying robot can be tracked worldwide, which means coordination of several systems as well as real-time adjustment of the functional parameters in the event of a change in the weather, cancellation of the delivery or makes something like that possible.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung im Rahmen eines Logistikverfahrens zur Lieferung eines Transportguts von einem Startgebäude in ein Raum oder an einen Zielpunkt eines Zielgebäudes, welche folgende Schritte beinhaltet:

  • Zunächst wird die Drohne am Startpunkt mit dem Transportgut, beispielsweise einem Medikament oder anderem medizinischen Gut oder einem Brief, beladen. Der Zielort kann dem Fluggerät anschließend durch bereits extern eingegebene Informationsdaten mitgeteilt werden, oder es erfolgt eine Eingabe durch einen Bediener über ein Computerterminal. Die Beladung der Drohne kann durch einen Belader oder automatisch erfolgen. Anschließend erfolgte eine grobe Routenplanung durch die externe Datenverarbeitungsplattform, dem die Drohne in der Zwischenzeit, sofern das Missionsprofil nicht bereits von der externen Datenverarbeitungsplattform heruntergeladen worden war, den Zielpunkt mitgeteilt hat. Der Bediener vor Ort oder ein Bediener der externen Datenverarbeitungsplattform gibt der Drohne sodann das Startkommando.
The present invention also includes a use of the arrangement according to the invention as part of a logistics process for delivering a transport item from a starting building to a room or to a destination point of a target building, which includes the following steps:
  • First, the drone is loaded at the starting point with the transported goods, for example a medication or other medical item or a letter. The destination can then be given to the aircraft externally entered information data is communicated, or an entry is made by an operator via a computer terminal. The drone can be loaded by a loader or automatically. Rough route planning was then carried out by the external data processing platform, to which the drone communicated the destination point in the meantime, provided the mission profile had not already been downloaded from the external data processing platform. The on-site operator or an operator on the external data processing platform then gives the drone the take-off command.

Die Drohne startet daraufhin und sucht sich durch das Gebäude einen Weg nach draußen, beispielsweise durch ein offenes Fenster oder ein Tor bzw. eine Tür. Dabei kann der Drohne die Route zum Ausgangspunkt entweder bereits vom Einflug her bekannt sein, falls sie von draußen in das Startgebäude selbst hineingeflogen ist, oder er wurde einprogrammiert. Sofern der Weg vom Startraum zu einer bekannten Ausflugstelle nicht bekannt ist, kann dieser von der Drohne auch entsprechend der Navigation in einem unbekannten Zielgebäude in einem Erkundungsmodus erforscht werden. Hierbei können verschiedene Erkundungsstrategien zum Einsatz kommen. Bevorzugt wird auch öffentlich verfügbares Wissen über das Startgebäude mit einbezogen. Der Drohne kann beispielsweise auch als à-priori Wissen der Startraum und dessen Lage relativ zur Gebäudehülle des Startgebäudes bekannt sein, was bei der Orientierung und Navigation im Gebäude hilft. Die durch die Drohne bei einer Erkundung generierte Karte des Gebäudes wird auf der externen Datenverarbeitungsplattform abgespeichert und steht dort beim Wiederholen der Mission zu Verfügung, um entweder die gleiche Route erneut zu fliegen oder eine Optimierung durch auffinden einer schnelleren alternativ Route zu versuchen.The drone then starts and looks for a way out through the building, for example through an open window or a gate or door. The drone can either already know the route to the starting point when it flew in if it flew into the starting building itself from outside, or it could have been programmed. If the route from the starting room to a known excursion site is not known, the drone can also explore this route in an exploration mode according to the navigation in an unknown target building. Various exploration strategies can be used here. Publicly available knowledge about the starting building is also preferably included. For example, the drone can also have a priori knowledge of the starting room and its location relative to the building shell of the starting building, which helps with orientation and navigation in the building. The map of the building generated by the drone during an exploration is saved on the external data processing platform and is available there when the mission is repeated, either to fly the same route again or to try to optimize by finding a faster, alternative route.

Sobald die Drohne im Freien ist, kann in den Freiflugmodus gewechselt werden. Dabei greift die Drohne auf die bekannten Koordinaten des Zielgebäudes zurück und fliegt eine vorher durch den externen Leistungsrechner festgelegte Folge von Wegpunkten ab, welche im Bereich vorhandene Hindernisse und/oder Flugstreckenbeschränkung und Gefahrenbereiche berücksichtigt, wie beispielsweise Windräder oder Flug- oder Start-/Landebereiche von Flugzeugen oder Helikoptern oder größeren Lieferdrohnen.As soon as the drone is outdoors, you can switch to free flight mode. The drone uses the known coordinates of the target building and flies over a sequence of waypoints previously determined by the external performance computer, which takes into account obstacles and/or flight route restrictions and danger areas in the area, such as wind turbines or flight or take-off/landing areas Airplanes or helicopters or larger delivery drones.

Am Zielgebäude angekommen lokalisiert die Drohne eine Einflugöffnung und fliegt diese an. Die Einflugöffnung kann entweder vorbekannt sein oder die Drohne sucht sich eine passende anhand von bekannten Mustern. Hierbei steht sie auch in Datenverbindung mit der externen Datenverarbeitungsplattform, welche durch verfügbares à-priori Wissen über geeignete und üblicherweise vorhandene Öffnungen die Drohne unterstützt. Die Drohne positioniert sich beim Einflug anhand der seitlichen Begrenzungen der Eintrittsstelle mittig. Von der Eintrittsstelle navigiert sie entweder anhand einer auf einer bekannten Karte des Gebäudes durch die externe Datenverarbeitungsplattform festgelegten Route zum Ziel oder sie erkundet unter Kartierung und gleichzeitiger Positionsbestimmung das Ziel im Gebäude, bis ein Weg zum Zielpunkt gefunden ist. Das Identifizieren des Zielpunktes kann dabei entweder über eine bekannte relative Position des Zielpunktes im Vergleich zur Gebäudehülle erfolgen, es erfolgt schlicht über Bilderkennung und Identifizierung wesentlicher Merkmale des Zielraumes, beispielsweise einer Zimmernummer oder einer besonderen Farbgebung.Once at the target building, the drone locates an entry opening and flies to it. The entry opening can either be known in advance or the drone can look for a suitable one based on known patterns. It is also in data connection with the external data processing platform, which supports the drone through available à priori knowledge about suitable and usually existing openings. When flying in, the drone positions itself in the middle based on the side boundaries of the entry point. From the entry point, it either navigates to the destination using a route determined on a known map of the building by the external data processing platform, or it explores the destination in the building using mapping and simultaneous positioning until a path to the destination point is found. The identification of the target point can either be done via a known relative position of the target point in comparison to the building shell, it is simply done via image recognition and identification of essential features of the target room, for example a room number or a special color scheme.

Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in der Bezugnahme auf die Figuren nachfolgend erläutert. Diese sollen der Erfindung lediglich illustrieren und in keiner Weise einschränken.Further properties, advantages and features of the present invention will now be explained below using preferred exemplary embodiments with reference to the figures. These are only intended to illustrate the invention and not limit it in any way.

Es zeigen:

  • 1: Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
  • 2: Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
Show it:
  • 1 : A schematic representation of the arrangement according to the invention according to a first preferred embodiment.
  • 2 : A schematic representation of the arrangement according to the invention according to a second preferred embodiment.

In 1 ist die schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Flugroboter und externer Datenverarbeitungsplattform abgebildet.In 1 the schematic representation of a first preferred embodiment of an arrangement according to the invention consisting of a flying robot and an external data processing platform is shown.

Der Flugroboter bzw. die Drohne 2 umfasst hierbei als Sensoren ein Kamerasystem 21 und eine oder mehrere Inertialmesseinheiten 25. Das Kamerasystem 21 umfasst dabei eine nach vorne, in die Flugrichtung gerichtete Tiefenkamera 211 und eine nach hinten, d.h. entgegen der üblichen Flugrichtung gerichtete Stereokamera 212. Die von der Tiefenkamera 211 generierten Bildtiefendaten BTD sowie die von der hinteren Stereokamera generierten Bilddaten BD werden an die Recheneinheit 22 umfassend eine CPU 221 mit mittlerer Leistungsaufnahme weitergegeben. Mittlere Leistungsaufnahme bedeutet im Rahmen vorliegender Erfindung eine maximale Leistungsaufnahme von zwischen 15 und 30 Watt.The flying robot or drone 2 includes a camera system 21 and one or more inertial measuring units 25 as sensors. The camera system 21 includes a depth camera 211 directed to the front, in the direction of flight, and a stereo camera 212 directed to the rear, i.e., directed against the usual direction of flight. The image depth data BTD generated by the depth camera 211 and the image data BD generated by the rear stereo camera are passed on to the computing unit 22 comprising a CPU 221 with medium power consumption. In the context of the present invention, average power consumption means a maximum power consumption of between 15 and 30 watts.

Die Recheneinheit wertet die vom Kamerasystem 21 erhaltenen Bild/TiefenDaten und Bilddaten BTD, BD sowie die von der/den Inertialmesseinheiten erhaltenen Inertialmessdaten IMD aus, um daraus Informationen zu gewinnen. Diese Auswertung kann eine grobe Bildanalyse zur Gewinnung von Umgebungsinformationen, wie die Detektion von im Kamerasichtfeld erfassten Objekten und deren Entfernung und Größe umfassen. Wird ein Objekt detektiert, welches sich auf der Flugbahn befindet, kann die Recheneinheit 22 die Flugsteuerkommandos FSK für ein Ausweich- und oder Bremsmanöver berechnen und an die Flugsteuereinheit 24 weiterleiten.The computing unit evaluates the image/depth data and image data BTD, BD received from the camera system 21 as well as that from the inertial measurement device(s). IMD inertial measurement data received from the units in order to obtain information from them. This evaluation can include a rough image analysis to obtain environmental information, such as the detection of objects captured in the camera's field of view and their distance and size. If an object is detected that is on the flight path, the computing unit 22 can calculate the flight control commands FSK for an evasion and/or braking maneuver and forward them to the flight control unit 24.

Zusätzlich kann die Bildanalyse auch zur Gewinnung von Odometrieinformationen, d.h. zurückgelegter Wegstrecke (1D) bzw. Flugbahn (3D) eingesetzt werden. Odometrieinformationen kann die Recheneinheit 22 auch unabhängig von der Bilddatenanalyse durch Aufintegrieren der Inertialmessdaten IMD gewinnen. Durch Zusammenführung der auf diesen beiden unabhängigen Wegen ermittelten Odometrieinformationen kann eine höhere Genauigkeit und eine gewisse Redundanz erreicht werden.In addition, image analysis can also be used to obtain odometry information, i.e. distance traveled (1D) or trajectory (3D). The computing unit 22 can also obtain odometry information independently of the image data analysis by integrating the inertial measurement data IMD. By combining the odometry information determined in these two independent ways, higher accuracy and a certain level of redundancy can be achieved.

Die Recheneinheit gibt die gewonnenen Umgebungs- und Odometrieinformationen und/oder die von den Sensoren erhaltenen Daten BTD, BD, IMD ganz oder teilweise über den Funksenderempfänger 23 an den Leistungsrechner 3 weiter. Dort werden sie von dem Senderempfänger 33 empfangen und einer Recheneinheit 32 zugeleitet. Diese kann eine universelle Recheneinheit sein auf der beliebige Software ausgeführt werden kann und eine CPU hoher Leistung umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die zur Steuerung bzw. Führung des Flugroboters auf den Leistungsrechner ausgelagerten Datenverarbeitungsaufgaben auch durch dedizierte Hardware, insbesondere ASICs realisiert sein.The computing unit passes on the environmental and odometry information obtained and/or the data BTD, BD, IMD received from the sensors in whole or in part to the performance computer 3 via the radio transceiver 23. There they are received by the transceiver 33 and forwarded to a computing unit 32. This can be a universal computing unit on which any software can be executed and include a high-performance CPU. Alternatively or additionally, the data processing tasks that are outsourced to the power computer for controlling or guiding the flying robot can also be implemented using dedicated hardware, in particular ASICs.

Die Recheneinheit 32 errechnet ggf. unter Rückgriff auf lokal vorhandenes Wissen oder öffentlich verfügbares, etwa über die Netzwerkschnittstelle 36 aus dem Internet oder einer Cloud 4 abrufbares Wissen Situations-und Navigationsinformationen bzw. -vorgaben, insbesondere eine Soll-Flugbahn oder zumindest eine Wegpunktfolge, welche über die gleiche Datenverbindung unter Verwendung des Senderemfängers 33 an den Flugroboter 2 zurückgesendet werden. Die Recheneinheit 22 des Flugroboters 2 generiert anhand der Situations- und Navigationsinformationen, und den aus den Bildtiefendaten BTD der Tiefenkamera 211, den Bilddaten BD der Stereokamera 212 und den Inertialmessdaten IMD der Inertialmesseinheit 25 gewonnenen Umgebungs- und Odometrieinformationen die zum Folgen der vorgesehenen Flugbahn Flugsteuerkommandos FSK, welche über ein Kommandointerface an eine Flugsteuerrecheneinheit 24 weitergegeben werden. Hier sind wiederum zwei Möglichkeiten zu unterscheiden: je nach Leistungsfähigkeit der Recheneinheit 22 des Flugroboters und der Latenz der Funkverbindung zwischen Flugroboter 2 und Leistungsrechner 3 kann letzterer entweder genau die vom Flugroboter 2 zu folgenden Soll-Flugbahn oder lediglich eine Folge von anzusteuernden Wegpunkten vorgeben. Im ersteren Fall besteht die Aufgabe der Recheneinheit 22 lediglich darin, die zur Befolgung der Flugbahn nötigen Flugsteuerkommandos FSK zu erzeugen. Im letzteren Fall muss die Recheneinheit 22 hingegen selbst anhand der vorgegebenen Wegpunkte eine Soll-Flugbahn berechnen. Diese muss nicht unbedingt alle Wegpunkte berücksichtigen, soll jedoch zumindest bis zum nächsten anzusteuernden Wegpunkt reichen. In beiden Fällen würde von dieser Soll-Flugbahn zur Kollisionsvermeidung abgewichen. Nach einem Ausweich- und/oder Bremsmanöver kann der Flugroboter 2 zur vorher berechneten Soll-Flugbahn zurückkehren oder er oder der Leistungsrechner 3 berechnen eine angepasste Soll-Flugbahn ausgehend von der nach dem Ausweich- und/oder Bremsmanöver erreichten Ist-Position.The computing unit 32 calculates, if necessary, situational and navigation information or specifications, in particular a target trajectory or at least a waypoint sequence, using locally available knowledge or publicly available knowledge, for example via the network interface 36 from the Internet or a cloud 4 be sent back to the flying robot 2 via the same data connection using the transceiver 33. The computing unit 22 of the flying robot 2 uses the situation and navigation information and the environmental and odometry information obtained from the image depth data BTD of the depth camera 211, the image data BD of the stereo camera 212 and the inertial measurement data IMD of the inertial measurement unit 25 to generate the flight control commands FSK for following the intended trajectory , which are passed on to a flight control computing unit 24 via a command interface. A distinction must be made here between two options: depending on the performance of the computing unit 22 of the flying robot and the latency of the radio connection between the flying robot 2 and the performance computer 3, the latter can either specify exactly the desired trajectory to be followed by the flying robot 2 or only a sequence of waypoints to be controlled. In the former case, the task of the computing unit 22 is simply to generate the flight control commands FSK necessary to follow the flight path. In the latter case, however, the computing unit 22 itself has to calculate a target trajectory based on the specified waypoints. This does not necessarily have to take all waypoints into account, but should at least extend to the next waypoint to be addressed. In both cases, this target trajectory would be deviated from to avoid collisions. After an evasive and/or braking maneuver, the flying robot 2 can return to the previously calculated target trajectory or it or the performance computer 3 calculate an adjusted target trajectory based on the actual position achieved after the evasive and/or braking maneuver.

Die Flugsteuerung 24 umfasst dabei bevorzugt eine CPU niedriger Leistungsaufnahme 241. Die Flugsteuereinheit 24 setzt die Flugsteuerkommandos FSK in Bewegung der Steuerflächen und Antriebe des Flugroboters 2 um. Zur Sicherstellung eines stabilen Fluges auch unter Einfluss von Wind und Turbulenzen kann die Flugsteuerung bevorzugt direkt auf die Inertialmessdaten IMD der Inertialmesseinheiten 25 zurückgreifen.The flight control 24 preferably includes a CPU with low power consumption 241. The flight control unit 24 implements the flight control commands FSK in movement of the control surfaces and drives of the flight robot 2. To ensure a stable flight even under the influence of wind and turbulence, the flight control can preferably directly access the inertial measurement data IMD from the inertial measurement units 25.

Die Verwendung einer CPU mittlerer Leistungsaufnahme 221 in der Recheneinheit 22 des Flugroboters 2 ist hierbei optional. Es könnte beispielsweise ebenfalls eine CPU niedriger Leistungsaufnahme eingesetzt sein. Alternativ oder zusätzlich könnten auch andere Rechnerarchitekturen zum Einsatz kommen, etwa ein oder mehrere neuromorphe Chips, insbesondere für die Bildanalyse.The use of a CPU with medium power consumption 221 in the computing unit 22 of the flying robot 2 is optional. For example, a CPU with low power consumption could also be used. Alternatively or additionally, other computer architectures could also be used, such as one or more neuromorphic chips, especially for image analysis.

2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Anordnung. Der Aufbau der Drohne 2 entspricht dem der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform wird jedoch kein Leistungsrechner in Form eines dedizierten, physischen Gerätes als externe Datenverarbeitungsplattform eingesetzt, sondern eine cloudbasierter „virtueller Leistungsrechner“ in Form einer in der/einer Cloud ausgeführten Software. Sofern für die Ausführung der Datenverarbeitungsaufgaben des Leistungsrechners 3 der ersten Ausführungsform eine Software eingesetzt wird, kann diese auch im Rahmen der zweiten Ausführungsform eingesetzt werde, nur dass sie dort nicht auf einem separaten, physischen Gerät, sondern in der Cloud, also einem, möglicherweise weltweit, verteilten Rechnernetzwerk ausgeführt wird. Hierbei können gegebenenfalls Anpassungen der Softwarestruktur sinnvoll sein, um eine schnellere Ausführung auf verteilten Rechnern zu ermöglichen. 2 shows a second preferred embodiment of the arrangement according to the invention. The structure of the drone 2 corresponds to that of the first embodiment. In contrast to the first embodiment, however, no performance computer in the form of a dedicated, physical device is used as an external data processing platform, but rather a cloud-based “virtual performance computer” in the form of software running in the cloud. If software is used to carry out the data processing tasks of the performance computer 3 of the first embodiment, it can also be used in the second embodiment, except that it is not on a separate, physical device, but in the cloud, i.e. one, possibly worldwide , distributed computer network is executed. Adjustments to the software structure may make sense here in order to enable faster execution on distributed computers.

In der zweiten Ausführungsform reduziert sich der Aufwand für die erfindungsgemäße Anordnung 1 auf das Herstellen des Flugroboters 2 und seiner Software, sowie eine in der Cloud ausgeführte Leistungsrechner-Software.In the second embodiment, the effort for the arrangement 1 according to the invention is reduced to producing the flying robot 2 and its software, as well as performance computer software running in the cloud.

Die im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsformen von der Drohne 2 selbst übernommenen Datenverarbeitungsaufgaben umfassen Ausführen der Treiber und Signalfarbenverarbeitung, die Regelung und Steuerung des Fluggerätes sowie bevorzugt auch die Hinderniserkennung und einfache Situationserkennung sowie die Kollisionsvermeidung. Komplexere Verarbeitungsaufgaben, wie etwa eine komplexe Situationserkennung, die Navigation und das Erkunden und Kartieren neuer Umgebungen, sowie etwaige Nutzlast bezogene Datenverarbeitungsprozesse erfolgt hingegen durch den externen Leistungsrechner 3. Hierdurch kann die Datenverarbeitungshardware des Flugroboters klein, leicht und mit niedriger Leistungsaufnahme ausgeführt werde.The data processing tasks carried out by the drone 2 itself in the context of these preferred embodiments include executing the drivers and signal color processing, the regulation and control of the aircraft and preferably also obstacle detection and simple situation detection as well as collision avoidance. However, more complex processing tasks, such as complex situation recognition, navigation and exploring and mapping new environments, as well as any payload-related data processing processes, are carried out by the external performance computer 3. This allows the data processing hardware of the flying robot to be small, light and with low power consumption.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Anordnungarrangement
22
FlugroboterFlying robots
2121
KamerasystemCamera system
211211
TiefenkameraDepth camera
212212
StereokameraStereo camera
2222
Recheneinheit von 2Arithmetic unit of 2
221221
CPU mittlerer LeistungMedium performance CPU
2323
SenderempfängerTransmitter-receiver
2424
FlugsteuereinheitFlight control unit
2525
InertialmesseinheitInertial measurement unit
33
LeistungsrechnerPerformance calculator
3232
Recheneinheit von 3Arithmetic unit of 3
321, 322321, 322
CPU hoher LeistungHigh performance CPU
3333
Senderempfänger von 3Transmitter receiver from 3
3636
NetzwerkschnittstelleNetwork interface
44
Cloud Cloud
BDBD
BilddatenImage data
BTDBTD
Bilddaten mit TiefendatenImage data with depth data
IMDIMD
InertialmessdatenInertial measurement data
FSKFSK
FlugsteuerkommandosFlight control commands

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 20140217230 A1 [0003]US 20140217230 A1 [0003]
  • US 10730621 B2 [0003]US 10730621 B2 [0003]
  • DE 102019108256 [0003]DE 102019108256 [0003]
  • DE 1020211306523 [0003]DE 1020211306523 [0003]
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  • WO 2014197067 A1 [0008]WO 2014197067 A1 [0008]
  • WO 2018067544 A2 [0009]WO 2018067544 A2 [0009]

Claims (10)

Anordnung zur Verbesserung der Autonomie eines Flugroboters, umfassend - einen Flugroboter (2) mit o einem Kamerasystem (21) zur Erfassung von Bilddaten (BD) und/oder gegebenenfalls weiteren Daten, insbesondere Bild-/Tiefendaten (BTD), o einer Recheneinheit (22) zur Ausführung einfacherer Datenverarbeitungsaufgaben beinhaltend die Gewinnung von Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen aus den Bilddaten (BD) und gegebenenfalls den weiteren Daten, insbesondere Bild-/Tiefendaten (BTD) und/oder von einer Inertialmesseinheit erfassten Inertialmessdaten (IMD), sowie zur Generierung von Flugsteuerkommandos (FSK) unter Berücksichtigung der Umgebungsinformationen, Odometrieinformationen und gegebenenfalls weiterer Informationen, o einem Senderempfänger (23) zum Senden eines Teils oder aller der Bilddaten (BD), weiteren Daten (BTD) und/oder der Umgebungsinformationen und/oder der Odometrieinformationen an - eine externe Datenverarbeitungsplattform (3, 4) zur Ausführung komplexerer Datenverarbeitungsaufgaben beinhaltend die weitergehende Verarbeitung der Bilddaten (BD), Bild-/Tiefendaten (BTD) und/oder Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen, um daraus Situations- und Navigationsvorgaben zu errechnen und über einen Sendeempfänger (33) des Leistungsrechners (3) an den Flugroboter (2) weiterzugeben, - wobei die Recheneinheit (22) die Situations- und Navigationsvorgaben bei der Generierung der Flugsteuerkommandos (FSK) berücksichtigt. Arrangement for improving the autonomy of a flying robot, comprehensive - a flying robot (2). o a camera system (21) for capturing image data (BD) and/or possibly further data, in particular image/depth data (BTD), o a computing unit (22) for carrying out simpler data processing tasks including obtaining environmental information and/or odometry information from the image data (BD) and optionally the further data, in particular image/depth data (BTD) and/or inertial measurement data (IMD) recorded by an inertial measurement unit. , as well as for generating flight control commands (FSK) taking into account the environmental information, odometry information and, if necessary, other information, o a transceiver (23) for sending part or all of the image data (BD), further data (BTD) and / or the environmental information and / or the odometry information - an external data processing platform (3, 4) for carrying out more complex data processing tasks including the further processing of the image data (BD), image/depth data (BTD) and/or environmental information and/or odometry information in order to calculate situation and navigation specifications from this and via a to pass on the transceiver (33) of the power computer (3) to the flying robot (2), - The computing unit (22) takes the situation and navigation specifications into account when generating the flight control commands (FSK). Anordnung nach Anspruch 1, wobei die auf dem Flugroboter (2) ausgeführten einfacheren Datenverarbeitungsaufgaben - die Regelung und Steuerung des Flugroboters (2), - eine Hinderniserkennung, und/oder - eine einfache Situationserkennung und die Kollisionsvermeidung und wobei die auf der externen Datenverarbeitungsplattform (3, 4) ausgeführten komplexeren Datenverarbeitungsaufgaben - eine komplexe Situationserfassung, und/oder - eine Positionsbestimmung auf einer vorhandenen Karte oder eine Kartierung der Umgebung oder eine simultane Kartierung und Positionsbestimmung, und/oder - die Navigation des Flugroboters (2) durch seine Umgebung, und/oder - eine gegebenenfalls vorhandene Nutzlast betreffende Datenverarbeitung umfassen.Arrangement according to Claim 1 , wherein the simpler data processing tasks carried out on the flying robot (2) - the regulation and control of the flying robot (2), - obstacle detection, and / or - simple situation detection and collision avoidance and where those carried out on the external data processing platform (3, 4). more complex data processing tasks - a complex situation detection, and / or - a position determination on an existing map or a mapping of the environment or a simultaneous mapping and position determination, and / or - the navigation of the flying robot (2) through its environment, and / or - if necessary include data processing related to existing payload. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flugroboter (2) eine Flugsteuereinheit (24) zur Umsetzung der Flugsteuerkommandos (FSK) in Bewegungen von Steuerflächen und/oder Antrieben des Flugroboters (2) umfasst, wobei die Flugsteuereinheit (24) insbesondere eine CPU mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 15 Watt oder weniger und einer leistungsspezifischen Rechenleistung von 100 MFlops/Watt oder mehr, bevorzugt 500 Mflops/Watt oder mehr, oder 100 DMIPS/Watt oder mehr, bevorzugt 600 DMIPS/Watt, aufweist.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the flying robot (2) comprises a flight control unit (24) for implementing the flight control commands (FSK) in movements of control surfaces and / or drives of the flying robot (2), the flight control unit (24) in particular having a CPU a maximum power consumption of 15 watts or less and a power-specific computing power of 100 Mflops/watt or more, preferably 500 Mflops/watt or more, or 100 DMIPS/watt or more, preferably 600 DMIPS/watt. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei der Flugroboter (2) als weitere Sensorik eine oder mehrere inertiale Messeinheiten (25) zur Aufnahme von Odometriedaten aufweist, welche von der Recheneinheit (22) bei der Gewinnung der Odometrieinformationen berücksichtigt werden, wobei insbesondere zwei oder mehr inertiale Messeinheiten (25) vorhanden sind.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the flying robot (2) has one or more inertial measuring units (25) as further sensors for recording odometry data, which are taken into account by the computing unit (22) when obtaining the odometry information, in particular two or more inertial measuring units (25) are present. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit (22) zur vergleichsweise rechenintensiven Gewinnung der Bildinformationen und/oder Odometrieinformationen aus den durch das Kamerasystem (21) bereitgestellten Bilddaten (BD) und/oder Bild-/Tiefendaten (BTD) eine CPU (221) mit einer maximalen Leistungsaufnahme zwischen 15 und 30 Watt, bevorzugt zwischen 15 und 25 Watt bei einer leistungsspezifischen Rechenleistung von mindestens 100 Mflops/Watt, bevorzugt mindestens 500 Mflops/Watt, oder mindestens 100 DMIPS/Watt, bevorzugt mindestens 600 DMIPS/Watt, umfasst.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (22) has a CPU (221) for the comparatively computationally intensive extraction of the image information and/or odometry information from the image data (BD) and/or image/depth data (BTD) provided by the camera system (21). ) with a maximum power consumption between 15 and 30 watts, preferably between 15 and 25 watts, with a power-specific computing power of at least 100 Mflops/watt, preferably at least 500 Mflops/watt, or at least 100 DMIPS/watt, preferably at least 600 DMIPS/watt . Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kamerasystem (21) umfasst: - eine in Flugrichtung weisende Tiefenkamera (211), die Bilddaten und Tiefendaten (TD) kombinierende Bild-/Tiefendaten (BTD) erzeugt, welche eine schnelle Approximation der Umgebung bei der Gewinnung der Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen erlaubt, und/oder - eine entgegen der Flugrichtung weisende Kamera, insbesondere eine Stereokamera (212).Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the camera system (21) comprises: - a depth camera (211) pointing in the direction of flight, which generates image/depth data (BTD) combining image data and depth data (TD), which allows a rapid approximation of the environment when obtaining the environmental information and/or odometry information, and/or - A camera pointing against the direction of flight, in particular a stereo camera (212). Anordnung gemäß eines der vorhergehenden Ansprüche, wobei die externe Datenverarbeitungsplattform - eine Cloud (4), also ein verteiltes Rechnernetzwerk zur Speicherung von Daten und Ausführung von Datenverarbeitungsaufgaben, ist oder, - ein Leistungsrechner (3) ist, der insbesondere beim Verarbeiten der Bilddaten, Umgebungsinformationen und/oder der Odometrieinformationen auf eine externe Informationsquelle (4), beispielsweise das Internet und/oder eine Cloud (4), zurückgreiftArrangement according to one of the preceding claims, wherein the external data processing platform - a cloud (4), i.e. a distributed computer network for storing data and executing data processing tasks, or, - a performance computer (3) which, in particular when processing the image data, environmental information and/or the odometry information, uses an external information source (4), for example the Internet and/or a cloud (4). Verfahren zur Verbesserung der Autonomie eines Flugroboters (2), umfassend: - Erfassen von Bilddaten (BD, BTD) durch ein Kamerasystem (21) des Flugroboters (2), - Gewinnen von Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen aus den Bilddaten (BD) und gegebenenfalls weiteren Daten, insbesondere Bild-/Tiefendaten (BTD) und/oder Inertialmessdaten (IMD) durch eine Recheneinheit (22) des Flugroboters (2), - Senden eines Teils oder aller der Bilddaten (BD) und/oder weiteren Daten (BTD, IMD), Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen an eine externen Datenverarbeitungsplattform, insbesondere einen Leistungsrechner (3) oder eine Cloud (4), mittels eines Senderempfängers (23) des Flugroboters (2), - weitergehende Verarbeitung der Bilddaten (BD) und/oder weiteren Daten (BTD, IMD), Umgebungsinformationen und/oder Odometrieinformationen durch die externe Datenverarbeitungsplattform (3, 4) zur Errechnung von Situations- und Navigationsvorgaben, - Senden der Situations- und Navigationsvorgaben an den Flugroboter (2) mittels eines Senderempfängers (33) der externen Datenverarbeitungsplattform (3, 4), und - durch die Recheneinheit (22), Generierung von Flugsteuerkommandos (FSK) betreffend die Ausrichtung, Flugrichtung und Fluggeschwindigkeit des Flugroboters (2) unter Berücksichtigung der Hindernisinformationen, Odometrieinformationen und den von der externen Datenverarbeitungsplattform (3, 4) empfangenen Situations-und Navigationsvorgaben.Method for improving the autonomy of a flying robot (2), comprising: - acquiring image data (BD, BTD) by a camera system (21) of the flying robot (2), - obtaining environmental information and / or Odometry information from the image data (BD) and possibly further data, in particular image/depth data (BTD) and/or inertial measurement data (IMD) by a computing unit (22) of the flying robot (2), - sending part or all of the image data (BD) and/or further data (BTD, IMD), environmental information and/or odometry information to an external data processing platform, in particular a performance computer (3) or a cloud (4), by means of a transceiver (23) of the flying robot (2), - further processing of the Image data (BD) and/or other data (BTD, IMD), environmental information and/or odometry information through the external data processing platform (3, 4) for calculating situation and navigation specifications, - sending the situation and navigation specifications to the flying robot (2) by means of a transceiver (33) of the external data processing platform (3, 4), and - by the computing unit (22), generation of flight control commands (FSK) relating to the orientation, direction of flight and flight speed of the flying robot (2), taking into account the obstacle information, odometry information and the situation and navigation specifications received from the external data processing platform (3, 4). Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei der Navigation des Flugroboters (2) beim Flug innerhalb von Gebäuden ein Gebäudeflugmodus und beim Flug außerhalb von Gebäuden ein Freiflugmodus zur Anwendung kommt, wobei der Freiflugmodus insbesondere einen durch ein globales Satellitennavigationssystem unterstützen Wegpunktflug umfasst und/oder im Gebäudeflugmodus eine Orientierung und Positionierung anhand einer vorhandenen oder simultan zur Erkundung in Echtzeit erstellten Karte erfolgt.Method according to the preceding claim, wherein when navigating the flying robot (2) a building flight mode is used when flying inside buildings and a free flight mode is used when flying outside buildings, the free flight mode in particular comprising a waypoint flight supported by a global satellite navigation system and / or in Building flight mode allows orientation and positioning based on an existing map or a map created simultaneously for exploration in real time. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7 unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 zum Transport einer Nutzlast, insbesondere umfassend Medizingüter oder Briefe, von einem Raum in einem Startgebäude zu einem Zielort innerhalb eines Zielgebäudes, die Verwendung umfassend: a. Beladen des Flugroboters (2) mit der Nutzlast, und b. Übertragen eines Missionsprofils beinhaltend einen Zielort sowie eines Startkommandos an den Flugroboter (2), woraufhin dieser c. startet und sich gegebenenfalls durch das Startgebäude einen Weg zu einer Ausflugsöffnung und ins Freie sucht, insbesondere durch ein offenes Fenster oder eine Tür, wobei der Flugroboter (2) unterstützt durch die externe Datenverarbeitungsplattform (3, 4) unter Anwendung des Gebäudeflugmodus unter Einsatz seiner Sensorik bestehend aus zumindest dem Kamerasystem (21), aber bevorzugt einer oder mehrerer Inertialmesseinheiten (25), und einem UWB Transpondersystem zu der Ausflugsöffnung navigiert, und insbesondere der hierbei genommene Weg in der Drohne, oder bevorzugt in der externen Datenverarbeitungsgplattform (3, 4) gespeichert wird, sodass bei einer Wiederholung der Weg optimiert werden kann, d. nach Verlassen des Startgebäudes, autonomes Wechseln durch den Flugroboter (2) in einen Freiflugmodus und Anfliegen des Zielgebäudes im Wegpunktflug unterstützt durch ein globales satellitengestütztes Navigationssystem und/oder inertiale Navigation, e. nach Erreichen des Zielgebäudes, selbstständiges Ansteuern einer Einflugsöffnung, welche der Anordnung (1) aus Flugroboter (2) und externer Datenverarbeitungsplattform (3, 4) von einer früheren Mission bekannt oder als Teil des Missionsprofils mitgeteilt oder durch die Datenverarbeitungsplattform (3, 4) anhand von über das Zielgebäude verfügbaren Informationen ermittelt und dem Flugroboter (2) mitgeteilt wird, f. Einfliegen des Flugroboters (2) durch die Einflugsöffnung in das Zielgebäude und dort Navigieren, unter Einsatz seiner Sensorik bestehend aus zumindest dem Kamerasystem (21), aber bevorzugt weiterhin einer oder mehrerer Inertialmesseinheiten (25), und einem UWB Transpondersystem, an den Zielpunkt innerhalb des Zielgebäudes, wobei der Flugroboter (2) sich insbesondere anhand der seitlichen Begrenzung der Ein- bzw. Ausflugsöffnung sowie der Wände innerhalb des Start- und oder Zielgebäudes nach Möglichkeit mittig positioniert sofern es nicht aufgrund einer Hindernisvermeidung nötig ist hiervon abzuweichen.Using an arrangement according to one of the Claims 1 - 7 using the method according to one of the Claims 8 or 9 for transporting a payload, in particular comprising medical goods or letters, from a room in a starting building to a destination within a target building, the use comprising: a. Loading the flying robot (2) with the payload, and b. Transmitting a mission profile including a destination and a start command to the flying robot (2), whereupon it c. starts and, if necessary, looks for a way through the starting building to an exit opening and to the outside, in particular through an open window or a door, the flying robot (2) supported by the external data processing platform (3, 4) using the building flight mode using its sensors consisting of at least the camera system (21), but preferably one or more inertial measuring units (25), and a UWB transponder system navigates to the exit opening, and in particular the path taken is stored in the drone, or preferably in the external data processing platform (3, 4). so that the path can be optimized when repeated, i.e. after leaving the starting building, the flying robot (2) autonomously switches to a free flight mode and approaches the target building in waypoint flight supported by a global satellite-based navigation system and/or inertial navigation, e. after reaching the target building, independently controlling an entry opening, which is known to the arrangement (1) consisting of the flying robot (2) and external data processing platform (3, 4) from a previous mission or communicated as part of the mission profile or by the data processing platform (3, 4). from information available about the target building and communicated to the flying robot (2), f. Flying the flying robot (2) through the entry opening into the target building and navigating there, using its sensor system consisting of at least the camera system (21), but preferably further one or more inertial measuring units (25), and a UWB transponder system, to the target point within the target building, the flying robot (2) being located in particular based on the lateral boundary of the entry or exit opening and the walls within the start and/or target building, if possible positioned in the middle unless it is necessary to deviate from this to avoid obstacles.
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