DE102023109464A1

DE102023109464A1 - Autonomous loading robot for loading and unloading aircraft

Info

Publication number: DE102023109464A1
Application number: DE102023109464.5A
Authority: DE
Inventors: Nils Gageik; Sascha Dechend; Sebastian Haas; Marvin Bihl
Original assignee: Emqopter GmbH
Current assignee: Emqopter GmbH
Priority date: 2023-04-14
Filing date: 2023-04-14
Publication date: 2024-10-17

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft eine robotische Ladevorrichtung, umfassend eine mittels Bewegungsmitteln motorisiert bewegliche Nutzlasthalteeinrichtung (6), wobei die Ladevorrichtung (1) weiterhin Erfassungsmittel (4) zur Erfassung einer Umgebung der Ladevorrichtung (1) oder eines Zielobjektes (8) und Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer Position der Nutzlasthalteeinrichtung (6) relativ zu dem Zielobjekt (8)umfasst und dazu vorbereitet ist, autonom zu dem Zielobjekt (8) zu navigieren, und dort eine Nutzlasttransportvorrichtung (81) des Zielobjektes (8) einschließlich einer Ausrichtung der Nutzlasttransportvorichtung (81) relativ zur Nutzlasthalteeinrichtung (6) zu erkennen, und die Nutzlasthalteeinrichtung (6) in eine zum Ein- und/oder Ausladen einer Nutzlast (9) in/aus die/der Nutzlasttransportrichtung (91) nötige Pose, also Position und Ausrichtung, relativ zu der Nutzlasttransportvorrichtung (81) zu manövrieren, und die Nutzlast (9) von der Nutzlasttransportvorrichtung (81) auf die Nutzlasthalteeinrichtung (6) zu laden oder umgekehrt.The present invention relates to a robotic loading device, comprising a payload holding device (6) that is motorized by means of movement means, wherein the loading device (1) further comprises detection means (4) for detecting an environment of the loading device (1) or a target object (8) and position determination means for determining a position of the payload holding device (6) relative to the target object (8) and is prepared to navigate autonomously to the target object (8) and there to recognize a payload transport device (81) of the target object (8), including an orientation of the payload transport device (81) relative to the payload holding device (6), and to maneuver the payload holding device (6) into a pose, i.e. position and orientation, relative to the payload transport device (81) required for loading and/or unloading a payload (9) into/from the payload transport direction (91), and to load the payload (9) from the payload transport device (81) onto the payload holding device (6) or vice versa.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein bodengebundenes Nutzlastladefahrzeug umfassend ein Chassis, eine Bodenkontakteinrichtung umfassend mindestens ein Vortriebsmittel sowie Antriebsmittel, ein Umgebungserfassungsmittel, ein Positionsbestimmungsmittel und eine Nutzlasthalteeinrichtung an einer Vorderseite des Chassis zur Aufnahme einer Nutzlast, besonders eines Paketes oder eines anderen Stückgutes. Weiterhin betrifft vorliegende Erfindung eine Anordnung aus einem solchen Nutzlastfahrzeug und einem Fluggerät, insbesondere einer Drohne.The present invention relates to a ground-based payload loading vehicle comprising a chassis, a ground contact device comprising at least one propulsion means and drive means, an environment detection means, a position determination means and a payload holding device on a front side of the chassis for receiving a payload, in particular a package or other piece goods. The present invention further relates to an arrangement comprising such a payload vehicle and an aircraft, in particular a drone.

Unbemannte Fluggeräte, auch Drohnen genannt, versprechen vielfältige Anwendung zum Transport insbesondere kleinerer Nutzlasten auf kurzen Strecken. Der Vorteil ist hierbei, dass derartige Drohnen an mehr oder weniger direkte Route vom Start zum Zielpunkt nehmen und so insbesondere beim innerstädtischen Transport traditionellen Transportmittel, inklusive Transport per Lieferfahrzeug oder Fahrradkurier überlegen sind. Bei entsprechender Vorbereitung ist es auch angedacht, dass die Drohne ihre Nutzlast, beispielsweise ein Paket oder ein zeitkritisches Medizinprodukt oder dringendes Medikament auch direkt innerhalb eine Gebäudes abliefern. Derzeit werden bereits derartige Anwendungen erprobt, allerdings erfordert das Be- und Entladen der Drohnen doch häufig noch eine menschliche Beteiligung.Unmanned aircraft, also known as drones, promise a wide range of applications for transporting smaller payloads over short distances. The advantage here is that such drones take a more or less direct route from the start to the destination and are therefore superior to traditional means of transport, including transport by delivery vehicle or bicycle courier, especially for inner-city transport. With appropriate preparation, it is also planned that the drone can deliver its payload, for example a package or a time-critical medical product or urgent medication, directly inside a building. Such applications are currently being tested, although loading and unloading the drones often still requires human involvement.

Es gibt allerdings auch Vorschläge, Drohnen vollständig automatisiert zu Be- und Entladen. Dies umfasst zumeist eine Anordnung aus der Drohne selbst, welche eine Nutzlasthalte- oder trageeinreichtung aufweist, und einer Nutzlasttransportvorrichtung an der Drohne, welche Nutzlasten die in ihre unmittelbare Nähe gebracht oder in sie eingeführt werden, ergreifen und sicher halten kann. Bei vielen im Stand der Technik bekannten Vorschlägen wirkt die Drohne mit einer Bodenstation zusammen, in er die Nutzlasten von einer Aufgabeöffnung in welche die menschlichen Nutzer des Systems die Nutzlast einführen, zu dem Landeplatz der Drohne befördert und für die Nutzlasttransportvorrichtung ergreifbar abgestellt oder direkt in diese eingeführt /-geladen werden.However, there are also proposals for loading and unloading drones in a fully automated manner. This usually involves an arrangement of the drone itself, which has a payload holding or carrying device, and a payload transport device on the drone, which can grasp and securely hold payloads that are brought into its immediate vicinity or inserted into it. In many proposals known in the prior art, the drone works together with a ground station in which the payloads are transported from a loading opening into which the human users of the system insert the payload, to the landing site of the drone and placed so that they can be grasped by the payload transport device or inserted/loaded directly into it.

In der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 2020/144348 A1 ist beispielsweise eine am oberen Ende eines Pfostens montierte Drohnenlandestation mit einem integrierten Paketlager und einem Fördermittel für Pakete zwischen dem Lager und einer Landefläche vorgeschlagen. Die Drohne landet in zentraler Position auf der Landefläche oberhalb einer Paketausgabeöffnung, durch welche Pakete direkt in eine Nutzlasthaltevorrichtung der Drohne eingeführt werden.In the published international patent application WO 2020/144348 A1 For example, a drone landing station mounted on the top of a post with an integrated parcel warehouse and a conveyor for parcels between the warehouse and a landing area is proposed. The drone lands in a central position on the landing area above a parcel output opening, through which parcels are fed directly into a payload holding device of the drone.

Die offengelegte chinesische Anmeldung CN 106184757 A offenbart eine Ladestation für Drohnen mit einer rechteckigen Landeplattform und einem darin zentral mündenden Nutzlastaufzug, mittels dessen ebenfalls Nutzlasten bzw. Pakete unmittelbar in die Nutzlasthaltevorrichtung der Drohne eingeladen werden. Eine ähnliche Drohnenbeladestation wird in der chinesischen Gebrauchsmusterschrift CN 210 735 509 U offenbart.The disclosed Chinese application CN 106184757 A discloses a charging station for drones with a rectangular landing platform and a payload elevator that opens centrally into it, by means of which payloads or packages are also loaded directly into the payload holding device of the drone. A similar drone charging station is described in the Chinese utility model CN 210 735 509 U revealed.

Die veröffentlichte chinesische Patentanmeldung CN 111453403 A stellt ein Gebäude mit Nutzlastlageräumen vor, welche über Fördermittel und einen Lastenaufzug mit einer oberseitigen Landefläche verbunden sind, wobei die Landfläche zwei Schiebetüren verdeckt und so vor Wettereinflüssen wie Wind und Niederschlag schützbar ist.The published Chinese patent application CN 111453403 A presents a building with payload storage rooms, which are connected to an upper landing area via conveyors and a freight elevator, whereby the landing area covers two sliding doors and can thus be protected from weather influences such as wind and precipitation.

In der chinesischen Gebrauchsmusterschrift CN 213958107 U wird ein Logistikzentrum für den Massenversand von Paketen per Drohne vorgeschlagen, bei dem die Pakete in einer Aufgabestation eingeworfen und von dieser zu auf Landeplattformen auf der Oberseite des Logistikzentrums wartenden Drohnen weitertransportiert werden, wo diese die Pakete direkt von der Fördertechnik in ihre Nutzlasthaltevorrichtung aufnehmen. Das Bodenstationsgebäude des Logistikzentrums ist von seinem Aufbau dem aus der vorbeschriebenen Patentanmeldung CN 111453403 A sehr ähnlich.In the Chinese utility model document CN 213958107 U A logistics center for the mass shipping of packages by drone is proposed, in which the packages are dropped into a loading station and from there transported to drones waiting on landing platforms on top of the logistics center, where they pick up the packages directly from the conveyor system into their payload holding device. The ground station building of the logistics center is designed in the same way as in the patent application described above. CN 111453403 A very similar.

In der Druckschrift WO 2021/183453 A1 wird eine Drohnenstation beschrieben, welche aus einer Säule mit einem Paketaufgabeschacht an der Seite besteht, wobei die Säule sich nach oben hin in einen Hangar für eine einzelne Multikopterdrohne weitet. Der Hangar verfügt über sich Blütenblattartig öffnende Türen, welche vor dem Abflug die Drohne freigeben, ansonsten im verschlossenen Zustand diese vor den Elementen schützen. Ähnlich wie bereits beschriebenen chinesischen Schriften landet die Drohne auf einer den Boden des Hangars bildenden Plattform, in deren Mitte ein Paketauszug münden, mit der die an der Aufgabeöffnung eingeführten Pakete und die im Hangar wartende Drohne, befördert werden, wo die Drohne sie mit Ihrer Nutzlasthalteeinrichtung aufnehmen kann.In the printed publication WO 2021/183453 A1 A drone station is described, which consists of a column with a package loading slot on the side, whereby the column widens upwards into a hangar for a single multicopter drone. The hangar has doors that open like petals, which release the drone before take-off, and otherwise protect it from the elements when closed. Similar to the Chinese writings already described, the drone lands on a platform that forms the floor of the hangar, in the middle of which a package pull-out opens, which is used to transport the packages inserted at the loading opening and the drone waiting in the hangar, where the drone can pick them up with its payload holding device.

Die offengelegte chinesische Patentanmeldung CN 114803420 A schlägt eine kompakte Drohnenladestation mit einer runden Ladefläche vor, bei der die Fördertechnik über eine kombinierte Hebe-Fördermechanik verfügt, welche mit einer gleichzeitigen vertikalen und horizontalen Bewegung eine Nutzlast von einen zentralen Ablagepunkt einem zu einer seitigen Aufgabeöffnung führenden Förderband befördern oder umgekehrt ein Paket von dort zu dem Paketaufnahmepunkt in der Landefläche bringen kann.The disclosed Chinese patent application CN 114803420 A proposes a compact drone loading station with a round loading area, in which the conveyor technology has a combined lifting and conveying mechanism, which can transport a payload from a central deposit point to a conveyor belt leading to a side loading opening with a simultaneous vertical and horizontal movement or, conversely, bring a package from there to the package pickup point in the landing area.

Allen diesen Lösungen ist gemein, dass das Fluggerät an einem genau definierten Punkt in einer genau definierten Ausrichtung landen muss, da sonst eine automatisierte Nutzlast/ Paketaufnahme/-übergabe nicht erfolgreich möglich ist. Dies stellt hohe Anforderungen an die Navigations- und Manövriergenauigkeit des Fluggerätes. Die Manövrier- bzw. Ladegenauigkeit des Fluggerätes kann aber in der Praxis nicht nur durch die im Fluggerät vorhandene Sensorik begrenzt sein, sondern auch mit externe Einflüsse wie Wind oder Regen/ schlechte Sicht. Zudem können diese Systeme nur schlecht auf verschiedenen Nutzlastgrößen angepasst werden. Die vorgeschriebene Anordnung der Landefläche oberhalb der Nutzlastfördertechnik legt auch einen ruhigen vertikalen Platzbedarf.What all of these solutions have in common is that the aircraft must land at a precisely defined point in a precisely defined orientation, otherwise automated payload/package pickup/transfer is not possible. This places high demands on the navigation and maneuvering accuracy of the aircraft. In practice, however, the maneuvering or loading accuracy of the aircraft can be limited not only by the sensors in the aircraft, but also by external influences such as wind or rain/poor visibility. In addition, these systems are difficult to adapt to different payload sizes. The prescribed arrangement of the landing area above the payload conveyor system also requires a quiet vertical space.

Zum Verladen von Nutzlasten in an beliebigen Stellen geparkte Fahr- oder Flugzeuge sind als Gabelstapler bekannte Flurförderfahrzeuge bekannt, welche ein Chassis, Fortbewegungsmittel umfassend Räder und einen Antrieb sowie eine Nutzlasthalteeinrichtung in Form einer, üblicherweise zweizinkigen Gabel umfassen.For loading payloads into vehicles or aircraft parked at any location, industrial trucks known as forklifts are known, which comprise a chassis, a means of transport comprising wheels and a drive, as well as a payload holding device in the form of a, usually two-pronged fork.

Die Anmelderin hat daher in der Patentanmeldung DE 10 2023 105 937.8 Anordnungen angemeldet, in denen die Drohne an einen beliebigen Punkt innerhalb einer Landefläche landen und dort erfolgreich entladen werden kann. Das Entladen an einem beliebigen Punkt innerhalb der Landefläche kann einmal dadurch erreicht werden, dass die zum Transport der Nutzlast von einem Lagerraum zum Fluggerät oder umgekehrt vom Fluggerät zu einem Lagerraum nötige Fördertechnik über ein bewegliches Ende, d. h. einen beweglichen Paketablagepunkt verfügt, oder es wird eine feststehende Fördertechnik in Kombination mit einer Ladeinfrastruktur eingesetzt. Als Ladeinfrastruktur hat die Anmelderin einen Roboterarm und/oder einen Laderoboter vorgeschlagen.The applicant has therefore in the patent application DE 10 2023 105 937.8 Arrangements have been registered in which the drone can land at any point within a landing area and be successfully unloaded there. Unloading at any point within the landing area can be achieved by the conveyor technology required to transport the payload from a storage room to the aircraft or vice versa from the aircraft to a storage room having a movable end, i.e. a movable package deposit point, or by using a fixed conveyor technology in combination with a charging infrastructure. The applicant has proposed a robot arm and/or a charging robot as the charging infrastructure.

Vor diesem Hintergrund betrifft vorliegende Erfindung eine besonders nützliche und hilfreiche Ausgestaltung eines solchen Laderoboters, mit welcher schnell und zuverlässig eine Nutzlast aus einer an einen beliebigen Punkt und beliebiger Ausrichtung innerhalb einer Landefläche gelandetes Fluggeräts aus bzw., in dieses eingeladen werden kann.Against this background, the present invention relates to a particularly useful and helpful embodiment of such a loading robot, with which a payload can be quickly and reliably loaded into or out of an aircraft that has landed at any point and in any orientation within a landing area.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine robotische Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1, und einer dieses sowie ein Fluggerät umfassenden Anordnung gemäß Anspruch 13.This object is achieved by a robotic loading device according to claim 1, and an arrangement comprising this and an aircraft according to claim 13.

Die robotische Ladevorrichtung umfasst eine Nutzlasthalteeinrichtung um eine Nutzlast während des Transports zu dem Ziel-/Abladepunkt sowie bevorzugt auch beim Ein- oder Ausladen in/aus dem Fluggerät zu halten. Weiterhin weist sie mindestens ein Erfassungsmittel zur Erfassung von Daten über eine Umgebung der Nutzlasthalteeinrichtung sowie mindestens ein Positionsbestimmungsmittel zur Bestimmung einer Position der Nutzlasthalteeinrichtung relativ zu vorbestimmten Punkten oder Strukturen in der Umgebung auf, beispielsweise einem Paketaufnahmepunkt entsprechend dem Endpunkt einer Fördertechnik oder eines Zielobjektes. Zusammen mit geeigneten Auswertemitteln wie einer Bildauswertung dienen die Erfassungsmittel weiterhin der Erkennung eines Zielobjektes, etwa eines einzelnen gelandeten Fluggeräts oder eines Fluggerät eines bestimmten Typs oder einer bestimmten Kennung unter mehreren gelandeten Fluggeräten oder einer an dem Zielobjekt befestigten oder darin integrierten Zielstruktur, wie eines Paketregals oder einer Nutzlasttrage- oder -transportvorrichtung eines Fluggeräts.The robotic loading device comprises a payload holding device for holding a payload during transport to the target/unloading point and preferably also during loading or unloading into/from the aircraft. It also has at least one detection means for detecting data about an environment of the payload holding device and at least one position determination means for determining a position of the payload holding device relative to predetermined points or structures in the environment, for example a package pick-up point corresponding to the end point of a conveyor system or a target object. Together with suitable evaluation means such as image evaluation, the detection means also serve to detect a target object, such as a single landed aircraft or an aircraft of a certain type or a certain identifier among several landed aircraft or a target structure attached to the target object or integrated therein, such as a parcel rack or a payload carrying or transport device of an aircraft.

In manchen Ausgestaltungen der Erfindung ist die robotische Ladevorrichtung ein bodengebundenes Nutzlastladefahrzeug weiterhin umfassend ein Chassis, an dessen Vorderseite die Nutzlasthalteeinrichtung angeordnet ist, und Fortbewegungsmittel mit einer Bodenkontakteinrichtung, welche mindestens ein angetriebenes Vortriebsmittel sowie hierfür nötige Antriebsmittel aufweist.In some embodiments of the invention, the robotic loading device is a ground-based payload loading vehicle further comprising a chassis, on the front of which the payload holding device is arranged, and means of propulsion with a ground contact device which has at least one driven propulsion means and the drive means required for this.

Das erfindungsgemäße Nutzlastladefahrzeug ist dazu vorbereitet, unter Einsatz der Erfassungsmittel, Positionsbestimmungsmittel sowie der Fortbewegungsmittel von dem Auflade- zu dem Abladepunkt zu navigieren und dabei Hindernisse zu erkennen und zu umfahren. Weiterhin dienen die Erfassungsmittel dazu die Zielstruktur und deren Position und relative Ausrichtung zu erkennen, so dass das Nutzlastladefahrzeug durch Rangieren eine zum Ein- oder Ausladen nötige Pose relativ zu der Zielstruktur einzunehmen, also sich so zu positionieren und auszurichten, dass ein Aus- oder Einladen einer Nutzlast aus einer Nutzlasthalteeinrichtung des Zielobjekts auf die Nutzlasthalteeinrichtung oder von der Nutzlasthalteeinrichtung des Nutzlastladefahrzeugs auf die Nutzlasthalteeinrichtung des Zielobjekts möglich ist. Das Zielobjekt kann dabei beispielsweise ein gelandetes Flugobjekt mit einer Nutzlasttransportvorrichtung beispielsweise in Form einer Nutzlasttransportgabel oder einer Transportbox mit seitliche Ladetüren bzw. -klappen sein. Bei dem Zielobjekt kann es sich auch um den Förderendpunkt einer Fördertechnik handeln, mit welcher Nutzlasten aus einem Lagerbereich zu einem Verladebereich oder umgekehrt transportierbar sind.The payload loading vehicle according to the invention is prepared to navigate from the loading to the unloading point using the detection means, position determination means and the means of movement and to recognize and avoid obstacles in the process. The detection means also serve to recognize the target structure and its position and relative orientation, so that the payload loading vehicle can assume a pose relative to the target structure required for loading or unloading by maneuvering, i.e. to position and align itself in such a way that a payload can be loaded or unloaded from a payload holding device of the target object onto the payload holding device or from the payload holding device of the payload loading vehicle onto the payload holding device of the target object. The target object can be, for example, a landed flying object with a payload transport device, for example in the form of a payload transport fork or a transport box with side loading doors or flaps. The target object can also be the conveyor end point of a conveyor system with which payloads can be transported from a storage area to a loading area or vice versa.

Dass Nutzlastladefahrzeug ist erfindungsgemäß dazu vorbereitet nach dem Erkennen von Position und Ausrichtung des Zielobjekts und dessen Nutzlasthaltevorrichtung sich relativ dazu in eine nötige Position zu manövrieren um seiner eigenen Nutzlasthalteeinrichtung eine Nutzlast von der Nutzlasthaltevorrichtung zu übernehmen oder an diese zu übergeben. Handelt es sich bei dem Zielobjekt um eine gelandete Drohne mit einer Nutzlasthaltevorrichtung in Form einer Transportbox oder Transportgabel, ist das erfindungsgemäße Nutzlastfahrzeug in der Lage, mithilfe der Erfassungsmittel anhand der Anatomie der Drohne, sowie der Transportbox oder Transportgabel eine Ausladeseite zu erkennen, an der die Transportbox oder Transportgabel entladen werden kann, auf diese Seite zu fahren und dort aus eine laterale sowie winkelmäßige Ausrichtung einzunehmen, welche eine Übergabe bzw. Übernahme einer Nutzlast von der Transportgabel bzw. Transportbox auf die eigene Nutzlasthalteeinrichtung ermöglicht.The payload loading vehicle is prepared according to the invention to maneuver itself into a necessary position relative to the target object and its payload holding device after detecting the position and orientation of the target object and its payload holding device in order to load a payload from the payload to its own payload holding device. load holding device or to hand it over to it. If the target object is a landed drone with a payload holding device in the form of a transport box or transport fork, the payload vehicle according to the invention is able to use the detection means to identify an unloading side on the basis of the anatomy of the drone and the transport box or transport fork, on which the transport box or transport fork can be unloaded, to drive to this side and from there to adopt a lateral and angular orientation which enables a payload to be handed over or taken over from the transport fork or transport box to its own payload holding device.

In einer erfindungsgemäßen Anordnung aus robotischer Ladevorrichtung und Fluggerät erfolgt eine Posebestimmung, also Bestimmung der Position- und Ausrichtungs der Nutzlasthalteeinrichtung relativ zu dem Fluggerät, in einer ersten Genauigkeit mithilfe der Erfassungsmittel des Nutzlastladefahrzeugs optional unter zusätzlicher Verwendung von durch das Fluggerät selbst gelieferten Positions- bzw. Ausrichtungsinformationen. Die ermöglicht in beschriebener Weise eine grobe Positionierung und Ausrichtung zur Nutzlastladefahrzeug relativ zu der Nutzlasthaltevorrichtung des Fluggeräts.In an arrangement according to the invention comprising a robotic loading device and an aircraft, a pose determination, i.e. determination of the position and orientation of the payload holding device relative to the aircraft, is carried out with a first degree of accuracy using the detection means of the payload loading vehicle, optionally with additional use of position or orientation information provided by the aircraft itself. This enables a rough positioning and orientation of the payload loading vehicle relative to the payload holding device of the aircraft in the manner described.

Um ein zuverlässiges und sicheres Aus- oder Einladen der Nutzlast zu ermöglichen ist jedoch eine Positionierung und Ausrichtung in einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern, besser wenigen Millimetern, und wenigen Grad, besser wenigen zehntel Grad, nötig. Nur so können Kollisionen und damit einhergehende unvorhersehbare Zustände, welche unter Umständen die Autonomie der beteiligten Komponenten übersteigen, erfolgreich vermieden werden. Um eine derartige Feinausrichtung zu ermöglichen verfügt das Fluggerät einer derartigen Anordnung in manchen Ausführungen der Erfindung über zusätzliche Ausrichtungserkennungshilfen. Die Ausrichtungserkennungshilfen können bestimmte Strukturen, insbesondere besondere Strukturen an dem Fluggerät sein, beispielsweise an einer Oberseite des Rumpfes aufgebrachte leicht erkennbare Punkte welche in der Art von Kimme und Korn angeordnet sind und von dem Nutzlastladefahrzeug aus gesehen, wenn sie auf eine Linie gebracht sind, die korrekte laterale und winkelmäßige Ausrichtung aufzeigen. Die Ausrichtungserkennungshilfen können auch Markierungen oder Muster sein, wie etwa ArUco-Tags, die bei Erfassung durch optische Erkennungsmittel wie einer Kamera Entfernung und Richtung von der Kamera zu der Markierung bei einer Bildauswertung leicht bestimmbar machen.However, in order to enable reliable and safe loading or unloading of the payload, positioning and alignment with an accuracy of a few centimeters, preferably a few millimeters, and a few degrees, preferably a few tenths of a degree, is necessary. This is the only way to successfully avoid collisions and the associated unforeseeable conditions, which may exceed the autonomy of the components involved. In order to enable such fine alignment, the aircraft of such an arrangement has additional alignment detection aids in some embodiments of the invention. The alignment detection aids can be certain structures, in particular special structures on the aircraft, for example easily recognizable points applied to the top of the fuselage which are arranged in the manner of a rear sight and front sight and, when viewed from the payload loading vehicle, show the correct lateral and angular alignment when aligned. The orientation detection aids can also be markings or patterns, such as ArUco tags, which, when detected by optical detection devices such as a camera, make the distance and direction from the camera to the marking easily determinable during image analysis.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen vorliegender Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sofern sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen, sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt und sollen nachfolgend näher erläutert werden.Further advantageous developments of the present invention, which can be implemented individually or in combination, provided they do not obviously exclude each other, are set out in the dependent claims and will be explained in more detail below.

Bei der robotischen Ladevorrichtung kann es sich in manchen Ausführungend der Erfindung auch um einen ortsfest installierten Roboterarm handeln, der aus mehreren durch Gelenke verbundenen Segmenten besteht und am freien Ende die Nutzlasthalteeinrichtung sowie in deren Nähe, bevorzugt am gleichen Segment, die Erfassungs und Positionsbestimmungsmittel trägt.In some embodiments of the invention, the robotic loading device can also be a stationary robot arm which consists of several segments connected by joints and carries the payload holding device at the free end and the detection and position determination means in the vicinity thereof, preferably on the same segment.

Die Nutzlasthalteeinrichtung der erfindungsgemäßen robotischen Ladevorrichtung ist bevorzugt als eine Transportgabel mit mehreren, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs, Zinken ausgebildet. Die Zinken sind bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet und mit einem hinteren Ende an bzw. in einer Zinkenplatte befestigt. Die Zinken umfassen weiterhin bevorzugt zwei äußere Sicherungszinken die relativ zu übrigen, als Tragezinken bezeichneten Zinken, in Richtung der Flächennormalen einer durch die Tragezinken gebildeten (Nutzlast-)Tragefläche versetzt angeordnet sind.The payload holding device of the robotic loading device according to the invention is preferably designed as a transport fork with several, for example three, four, five or six, tines. The tines are preferably aligned parallel to one another and are fastened with a rear end to or in a tine plate. The tines also preferably comprise two outer securing tines which are arranged offset relative to other tines, referred to as support tines, in the direction of the surface normal of a (payload) support surface formed by the support tines.

Die Sicherungszinken dienen der Sicherung einer auf der Tragefläche liegenden Nutzlast gegen seitliches Herungerfallen. Um die Sicherungsfunktion noch zu verbessern und zusätzlich noch vor einem Herunterfallen/-rutschen nach vorne hin von den Tragezinken zu verhindern, können die Sicherungszinken verschieblich oder schwenkbar befestigt sein, so dass sie die Nutzlast zwischen sich einklemmen können. Alternativ oder zusätzlich können sie auch Saugnäpfe aufweisen.The safety prongs are used to secure a payload lying on the support surface against falling sideways. To improve the safety function even further and also prevent falling/sliding forwards from the support prongs, the safety prongs can be attached in a sliding or pivoting manner so that they can clamp the payload between them. Alternatively or additionally, they can also have suction cups.

Weiterhin bevorzugt hat jeder der Tragezinken über seine Länge verteilt einen oder mehrere Gummistopper um ein ungewolltes Verrutschen der Nutzlast zu verhindern. Alternativ kann auch eine die Nutzlast in Kontakt kommende Oberseite einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen, beispielsweise durch eine Gummibeschichtung oder ein Aufrauhung.Furthermore, each of the support tines preferably has one or more rubber stoppers distributed along its length to prevent the payload from slipping accidentally. Alternatively, an upper side that comes into contact with the payload can have a high coefficient of friction, for example through a rubber coating or roughening.

Die Zinken sind bevorzugt aus CFK oder Stahl, insbesondere Edelstahl, gefertigt.. An den halteplattenabgewandten Enden können die Zinken mit Kappen aus elastischem Material versehen sein.The tines are preferably made of CFRP or steel, especially stainless steel. The ends of the tines facing away from the holding plate can be provided with caps made of elastic material.

Die Tragezinken oder auch alle Zinken können einen runden oder einen elliptischen, ovalen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die lange Achse des Querschnitts bevorzugt vertikal, also in Richtung der Flächennormalen der Tragefläche gerichtet ist um die Steifigkeit in diese Richtung und gleichzeitig die Nachgiebigkeit in lateraler Richtung zu maximieren.The support tines or all tines can have a round or an elliptical, oval or teardrop-shaped cross-section, whereby the long axis of the cross-section is preferably directed vertically, i.e. in the direction of the surface normal of the support surface, in order to maximize the stiffness in this direction and at the same time the flexibility in the lateral direction.

Weiterhin sind die Zinken bevorzugt in der Halteplatte nachgiebig gelagert, so dass sie bei einer Kollision mit einem Objekt zumindest in lateraler Richtung ausweichen können. Die nachgiebige Lagerung ist bevorzugt mittels eines elastischen Elements, beispielsweise einer Gummihülse und/oder einer Feder erreicht.Furthermore, the prongs are preferably mounted flexibly in the holding plate so that they can at least move laterally in the event of a collision with an object. The flexible mounting is preferably achieved by means of an elastic element, for example a rubber sleeve and/or a spring.

Das Chassis einer als bodengebundenes Nutzlastladefahrzeugs ausgebildeten erfindungsgemäßen robotischen Ladevorrichtung ist bevorzugt einfach eine Platte an der die weiteren Komponenten wie Bodenkontakteinrichtung, Nutzlastaufnahmevorrichtung, Erfassungsmittel und Positionsbestimmungsmittel befestigt sind. Beispielsweise kann die Bodenkontakteinrichtung unterseitig angebracht, und die Antriebsmittel inklusive eines nötigen Energiespeichers oberseitig auf der Platte befestigt sein.The chassis of a robotic loading device according to the invention designed as a ground-based payload loading vehicle is preferably simply a plate to which the other components such as ground contact device, payload receiving device, detection means and position determining means are attached. For example, the ground contact device can be attached on the underside and the drive means including a necessary energy storage device can be attached to the top of the plate.

Die Umgebungserfassungsmittel sind bevorzugt zumindest teilweise an einem auf der Oberseite einer solchen Platte befestigten Mast angebracht, um eine bessere Übersicht zu ermöglichen. Die Umgebungserfassungsmittel können eine Kamera beispielsweise eine Tiefen- oder Stereokamera umfassen. Die Kamera kann in die Richtung der Nutzlasthalteeinreichung weisen oder diese in ihrem Sichtfeld habe, um eine Zielstruktur, auf welche sich das Nutzlastladefahrzeug beim Einladen zubewegt und/oder die ein/auszuladende Nutzlast im Blick hat.The environment detection means are preferably at least partially attached to a mast attached to the top of such a plate in order to enable a better overview. The environment detection means can comprise a camera, for example a depth or stereo camera. The camera can point in the direction of the payload holding position or have it in its field of view in order to have a target structure towards which the payload loading vehicle is moving during loading and/or the payload to be loaded/unloaded in view.

Weiterhin kann auch zur Navigation in schlechter Sicht eine IR-Kamera sowie ein oder mehrere LIDAR- oder Radarsensoren vorhanden sein. Die Radarsensoren können beispielsweise an den Eckpunkten des Chassis angebracht sein, um eine rundum Sicht zu gewährleisten und eine Hinderniserkennung zu ermöglichen. Alternativ können auch Ultraschalsensoren in dieser Weise verwendet werden.An IR camera and one or more LIDAR or radar sensors can also be used for navigation in poor visibility. The radar sensors can be attached to the corners of the chassis, for example, to ensure all-round visibility and enable obstacle detection. Alternatively, ultrasonic sensors can also be used in this way.

Die Positionsbestimmungsmittel umfassen bevorzugt eine Satellitennavigationseinheit, beispielsweise eine Einheit zum Empfangen von GPS-Satellitensignalen und Ermittlung einer absoluten Position aus diesen Signalen. Alternativ oder zusätzlich auch ein Ultrawideband (UWB) Navigationseinrichtung vorhanden, welche Signale von Ultrawideband-Baken empfangen und so zu einer relativen Position zu diesen Baken berechnen kann.The position determination means preferably comprise a satellite navigation unit, for example a unit for receiving GPS satellite signals and determining an absolute position from these signals. Alternatively or additionally, an ultrawideband (UWB) navigation device is also present, which can receive signals from ultrawideband beacons and thus calculate a relative position to these beacons.

In Ausführungsformen des Nutzlastladefahrzeugs der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich auch eine Inertialnavigationseinheit (IMU) vorhanden, welche unabhängig von externen Sendern aus einer bekannten Ausgangsposition anhand gemessener Beschleunigungen Positionsänderungen bestimmen und mit diesen eine derzeitige Positionen des Fahrzeugs extrapolieren/koppeln kann.In embodiments of the payload loading vehicle of the invention, an inertial navigation unit (IMU) is alternatively or additionally present, which can determine position changes from a known starting position based on measured accelerations independently of external transmitters and can extrapolate/couple a current position of the vehicle with these.

Eine Positionsbestimmung durch Extrapolation ist in weiteren Ausführungsformen der Erfindung auch anhand einer Auswertung der Daten des Erfassungsmittels, insbesondere einer Kamera vorgesehen. Hierbei wird eine relative Positions- und/oder Richtungsänderungen aus Änderungen der vom Erfassungsmittel erfassten Daten, etwa einer Änderung eines Kamerabildes abgeleitet.In further embodiments of the invention, position determination by extrapolation is also provided based on an evaluation of the data from the detection means, in particular a camera. In this case, a relative position and/or direction change is derived from changes in the data detected by the detection means, such as a change in a camera image.

In bevorzugten Ausführungsformen wird eine erste, anhand der Erfassungsmittel bestimmten, mit einer zweiten, durch eine IMU bestimmten Position mittels Sensorfusion zu einer verbesserten wahrscheinlichsten Position kombiniert. Dies geschieht bevorzugt derart, dass während eines Manövers des Nutzlastladefahrzeugs, also einer Drehung oder einer Translation, über kurze Zeitspannen im Bereich von einigen Millisekunden bis wenigen Sekunden die wahrscheinlichste Position vornehmlich anhand der IMU bestimmt wird und diese Position in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen von einigen zehn Millisekunden bis einigen Sekunden anhand einer aus den Erfassungsmittel, insbesondere Kamerabilddaten, bestimmten Position verifiziert wird. Dies kombiniert vorteilhaft die Stärken beide Methoden und gleicht so ihre Schwächen aus, denn die IMU kann kleinere Änderungen erfassen, als dies mit Analyse der Erfassungsmitteldaten der Fall ist, verzeichnet aber über längere Zeiträume einen unvermeidlichen Drift. Dieser Drift kann durch Abgleich der per IMU ermittelten Position mit den in größeren Zeitabständen aus Erfassungsmitteldaten bestimmten Position ausgeglichen oder „auf null gesetzt“ werden. Dies entlastet auch die Auswertemittel für die Erfassungsmitteldaten, da diese nur in vergleichsweise längeren Zeitabständen von einigen Sekunden eine Neuberechnung durch Vergleich der von dem/ Erfassungsmittel/n zu den beiden Zeitpunkten aufgezeichneten Daten berechnen müssen.In preferred embodiments, a first position determined using the detection means is combined with a second position determined by an IMU by means of sensor fusion to form an improved most probable position. This is preferably done in such a way that during a maneuver of the payload loading vehicle, i.e. a rotation or a translation, the most probable position is determined primarily using the IMU over short periods of time in the range of a few milliseconds to a few seconds, and this position is verified at regular or irregular intervals of a few tens of milliseconds to a few seconds using a position determined from the detection means, in particular camera image data. This advantageously combines the strengths of both methods and thus compensates for their weaknesses, because the IMU can detect smaller changes than is the case with analysis of the detection means data, but records an unavoidable drift over longer periods of time. This drift can be compensated or "set to zero" by comparing the position determined by the IMU with the position determined at longer intervals from the detection means data. This also relieves the burden on the evaluation tools for the recording device data, since they only have to recalculate at comparatively longer time intervals of a few seconds by comparing the data recorded by the recording device(s) at the two points in time.

Die Bodenkontakteinrichtung der Fortbewegungsmittel des Nutzlastladefahrzeugs kann ein oder mehrere Räder, Gleisketten oder Kufen umfassen. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Nutzlastladefahrzeug insbesondere vier Räder, von denen mindestens zwei, bevorzugt alle, angetrieben sind. Der Antrieb kann über einen Einzelmotor und ein entsprechendes Getriebe erfolgen, bevorzugt werden jedoch vier von jeweils einem Elektromotor angetriebene Räder eingesetzt, wobei weiterhin bevorzugt DC-Elektromotoren zum Einsatz kommen. Durch diesen Allradantrieb ist eine besonderes hohe Manövrierfähigkeit des erfindungsgemäßen Nutzlasttransportmittelfahrzeugs erreicht, da Räder auf verschiedenen Seiten des Fahrzeugs, bei vier Rädern bevorzugt in einer klassische 2x2 Anordnung am Chassis, völlig unabhängig voneinander, beispielsweise gegenläufig, angetrieben werden können, wodurch das Nutzlastladefahrzeug in jedem Fall auf der Stelle drehen, sowie problemlos vorwärts- wie rückwärtsfahren kann.The ground contact device of the means of transport of the payload loading vehicle can comprise one or more wheels, tracks or skids. In preferred embodiments, the payload loading vehicle comprises in particular four wheels, of which at least two, preferably all, are driven. The drive can be via a single motor and a corresponding transmission, but four wheels, each driven by an electric motor, are preferably used, with DC electric motors also preferably being used. This all-wheel drive achieves a particularly high level of maneuverability of the payload transport vehicle according to the invention, since wheels on different sides of the vehicle, with four wheels preferably in a classic 2x2 arrangement on the chassis, can be driven completely independently of one another, for example in opposite directions, whereby the payload loading vehicle can be driven in any Fall can turn on the spot and move forwards and backwards without any problems.

Eine weitere Verbesserung der Manövrierfähigkeit und Vereinfachung bei der lateralen Ausrichtung des Nutzlastladefahrzeugs relativ zur Nutzlasthaltevorrichtung der Drohne ergibt sich beim Einsatz von sogenannten Diagonalrollenrädern auch als Mecanum-Rädern bekannt. Hierbei handelt es sich um Räder, welche umfänglich verteilt in ihrer Lauffläche eingelassen eine Vielzahl von Rollen aufweisen, welche sich unabhängig von dem Rad um ihre jeweils eigene Achse drehen. Diese Rollenachse nimmt mit der Drehachse des jeweiligen Rades eine von null und neunzig Grad verschiedenen Winkel ein. Insbesondere sind Winkel um 45 Grad bevorzugt genau 45 Grad besonders vorteilhaft.A further improvement in maneuverability and simplification in the lateral alignment of the payload loading vehicle relative to the payload holding device of the drone is achieved by using so-called diagonal roller wheels, also known as Mecanum wheels. These are wheels that have a large number of rollers distributed around their running surface, which rotate independently of the wheel on their own axis. This roller axis forms an angle with the axis of rotation of the respective wheel that is different from zero to ninety degrees. In particular, angles of around 45 degrees, preferably exactly 45 degrees, are particularly advantageous.

Wird das Nutzlastladefahrzeug mit solchen Diagonalrollenrädern ausgestattet, und diese derart angeordnet, dass die Richtung der Diagonalrollen benachbarter Räder gegenläufig ausgerichtet sind, kann bei koordinierter entsprechender Ansteuerung aller Diagonalrollenräder eine drehungsfreie Translation des Nutzlastladefahrzeugs in eine beliebige Richtung erreicht werden. Werden beispielsweise die vorderen und hinteren Räder gegenläufig mit der gleichen Drehzahl betrieben, so bewegt sich das Nutzlastladefahrzeug seitwärts. Bei gleicher Drehrichtung auf beiden Seiten bewegt es sich klassischerweise vor- oder rückwärts. Werden beide Räder auf einer Seite in die eine und auf der anderen Seite in die entgegengesetzte Richtung angetrieben, so kommt es zu der bereits beschriebenen Drehung auf der Stelle. Bei Variation der Drehzahl der einzelnen Räder kann Drehrichtung und/oder die Richtung der lateralen Translation beliebig eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass die zur korrekten Positionierung und Ausrichtung des Nutzlastladefahrzeugs zu Nutzlasthalteeinrichtung des Zielobjekts nötige Steuerung deutlich weniger komplex und aufwendig ist und trägt somit auch zu der Zuverlässigkeit der autonomen Be- und Entladens bei.If the payload loading vehicle is equipped with such diagonal roller wheels and these are arranged in such a way that the direction of the diagonal rollers of adjacent wheels are aligned in opposite directions, a rotation-free translation of the payload loading vehicle in any direction can be achieved with coordinated corresponding control of all diagonal roller wheels. For example, if the front and rear wheels are operated in opposite directions at the same speed, the payload loading vehicle moves sideways. If the direction of rotation on both sides is the same, it typically moves forwards or backwards. If both wheels are driven in one direction on one side and in the opposite direction on the other side, the rotation on the spot described above occurs. By varying the speed of the individual wheels, the direction of rotation and/or the direction of the lateral translation can be set as desired. This has the advantage that the control required for the correct positioning and alignment of the payload loading vehicle to the payload holding device of the target object is significantly less complex and time-consuming and thus also contributes to the reliability of autonomous loading and unloading.

Die Nutzlasttrage- oder -halteeinrichtung des erfindungsgemäßen Nutzlastladefahrzeugs ist bevorzugt eine Transportgabel mit zwei, drei, vier, oder fünf Zinken, welche parallel zueinander senkrecht abstehend an einer Zinkenplatte befestigt sind. Die Zinken liegen bevorzugt in einer oder derart in zwei Ebenen, dass, bei vier oder mehr-zinkigen Ausführungen, die beiden äußersten Zinken vertikal höher angeordnet sind als die übrigen.The payload carrying or holding device of the payload loading vehicle according to the invention is preferably a transport fork with two, three, four or five tines, which are attached to a tine plate so as to be parallel to one another and vertically projecting. The tines are preferably located in one or two planes such that, in designs with four or more tines, the two outermost tines are arranged vertically higher than the others.

Die Zinkenplatte kann Teil eines Schlittens sein, der an einem am vorderen Ende des Chassis befestigten Mast zumindest vertikal, in manchen Ausführungen auch lateral verfahren werden kann. Die Zinkenplatte und/oder der Schlitten sind weiterhin bevorzugt derart befestigt, dass die Zinken in einem Winkel relativ zur horizontalen in Richtung auf die Platte zu geneigt sind. Hierdurch ist erreicht, dass die Nutzlast, wenn Sie ins Rutschen kommt, tendenziell in Richtung der Zinkenplatte rutscht. Die Zinken oder die Zinkenplatte können auch verkippbar sein, so dass sich ein Winkel der Zinken mit der Horizontalen ändern kann, etwa zwischen einer Ausrichtung in der die Zinken ca. +5° bis +10° nach oben stehen, so dass eine Nutzlast schwerkraftgetrieben gegen die Zinkenplatte rutscht, bis in eine maximal nach unten gekippte Position, in der die Zinken -5 bis - 25° nach unten stehen, so dass eine Nutzlast von den Zinken heruntergleiten kann.The tine plate can be part of a carriage that can be moved at least vertically, and in some designs also laterally, on a mast attached to the front end of the chassis. The tine plate and/or the carriage are further preferably attached in such a way that the tines are inclined at an angle relative to the horizontal in the direction of the plate. This ensures that the payload, if it starts to slide, tends to slide in the direction of the tine plate. The tines or the tine plate can also be tiltable so that the angle of the tines with the horizontal can change, for example between an orientation in which the tines are approximately +5° to +10° upwards, so that a payload slides against the tine plate due to gravity, to a maximum downward tilted position in which the tines are -5 to -25° downwards, so that a payload can slide off the tines.

Die robotische Ladevorrichtung und das Fluggerät der erfindungsgemäße Anordnung können derart ausgebildet sein, dass die Ladevorrichtung das Fluggerät mit der Nutzlasthalteeinrichtung aufnehmen, hochehben und bewegen kann. Geeignete Angriffspunkte am Fluggerät können beispielsweise die Unterseite der Nutzlasttransportvorrichtung oder des Fluggerätrumpfes sein. Der Zweck wäre, das Fluggerät von der Landefläche weg und in eine Warte- oder Parkposition bewegen zu können, ohne dass es seine Motoren anwerfen muss. Das Fluggerät kann so auch in einen Wartungs- oder Servicehanger verbracht werden. Als weitere Anwendung ist die Robotische Ladevorrichtung in der Lage, das Fluggerät während eines Motorentests fest und sicher zu halten. Hierzu muss eine geeignete Fixierungsmittel sichergestellt sein.The robotic loading device and the aircraft of the arrangement according to the invention can be designed in such a way that the loading device can pick up, lift and move the aircraft with the payload holding device. Suitable points of attack on the aircraft can be, for example, the underside of the payload transport device or the aircraft fuselage. The purpose would be to be able to move the aircraft away from the landing area and into a waiting or parking position without having to start its engines. The aircraft can also be moved into a maintenance or service hangar in this way. As a further application, the robotic loading device is able to hold the aircraft firmly and securely during an engine test. For this purpose, a suitable fixing means must be ensured.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden unter Bezugnahme auf die Figuren vorgestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen. Diese sollen vorliegende Erfindung lediglich illustrieren und in keiner Weise in ihrer Allgemeinheit einschränken.Further details, features and advantages of the present invention emerge from the following preferred embodiments presented with reference to the figures. These are intended only to illustrate the present invention and in no way to limit its generality.

Es zeigen:

1A: Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nutzlastladefahrzeugs aus leicht erhöhter perspektivische von schräg vorne.
1B: In perspektivischer Vorderansicht das Nutzlastladefahrzeug der 1A.
2: In perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäßes Nutzlastladefahrzeug in einer zweiten Ausführungsform ähnlich der aus den ersten beiden Figuren.
3: Eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung.

They show:

1A : A first preferred embodiment of a payload loading vehicle according to the invention from a slightly elevated perspective view from the front.
1B : In perspective front view the payload loading vehicle of the 1A .
2 : In perspective view, a payload loading vehicle according to the invention in a second embodiment similar to that of the first two figures.
3 : A perspective view of a first embodiment of an arrangement according to the invention.

Die 1A und 1B zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen robotischen Ladevorrichtung in Form eines fahrbaren Laderoboters.The 1A and 1B show different perspective views of a first execution form of a robotic charging device according to the invention in the form of a mobile charging robot.

Der Laderoboter 1 umfasst ein Gehäuse 7 und darin verhüllt ein Chassis mit daran in 2x2 Konfiguration befestigten Mecanum-Rädern 31 und einer vorderseitigen Ladegabel 6 zum Aufnehmen einer Nutzlast. Die Ladegabel 6ist an einem Schlitten 62 montiert, ist der auf einer Schiene 261 entlang der linearen Achse 262 des vertikalen Masts 26 an der Vorderseite des Laderoboters 1 vertikal mittels eines Schrittmotors verfahrbar ist, was eine präzise Positionierung der Transportgabel 6 erlaubt. Am oberen Ende des Mastes 26 ist eine RGB-Tiefenkamera 4 fest mit Blick in Richtung Ladegabel 6 als Erfassungsmittel montiert.The loading robot 1 comprises a housing 7 and encased therein is a chassis with Mecanum wheels 31 attached thereto in a 2x2 configuration and a front loading fork 6 for picking up a payload. The loading fork 6 is mounted on a carriage 62 which can be moved vertically on a rail 261 along the linear axis 262 of the vertical mast 26 at the front of the loading robot 1 by means of a stepper motor, which allows precise positioning of the transport fork 6. At the upper end of the mast 26, an RGB depth camera 4 is permanently mounted facing the loading fork 6 as a detection means.

Die Ladegabel 6 hat fünf parallele Zinken 61, von denen die äußersten beiden (Sicherungs-)Zinken 61a in einer höheren Ebene angeordnet sind als die mittleren drei (Trage-)Zinken 61b. Ein Deckel 71 verschließt das Gehäuse 7 und erlaubt Zugang zu den vom Gehäuse eingeschlossenen Komponenten wie Energieversorgung (Batterie) und Auswerte- und Steuerungsmittel.The loading fork 6 has five parallel prongs 61, of which the two outermost (securing) prongs 61a are arranged at a higher level than the middle three (supporting) prongs 61b. A cover 71 closes the housing 7 and allows access to the components enclosed by the housing, such as the power supply (battery) and evaluation and control means.

Die Zinken 61 der Gabel 6 bestehen aus Edelstahlrohren mit tropfenförmigem oder ovalem Querschnitt. Edelstahl hat im Vergleich zu dem ebenfalls bevorzugten weil leichten Material CFK den Vorzug, weniger brüchig zu sein, was die Lebensdauer der Zinken 61 erhöht. Durch den ovalen, mit Längsachse vertikal ausgerichteten Querschnitt geben die Zinken 61 unter dem Gewicht einer Nutzlast weniger stark nach, bleiben aber in lateraler Richtung vergleichsweise biegsam und können so bei Kollisionen in diese Richtung nachgeben, beispielsweise um den Zinken eines Förderendpunktes P (2) oder einer Haltegabel 813 einer Transportbox 81 eines Fluggeräts (3) auszuweichen. Die Kappe auf der Spitze der Zinken 61 unterstützt zusätzlich das Ablenken des Zinkens 61 bei einer Kollision. Um dies weiter zu verbessern sind die Zinken 61 zusätzlich mit einem, nicht sichtbaren, elastischen Element zumindest lateral nachgebend in der Zinkenplatte 62 befestigt.The tines 61 of the fork 6 are made of stainless steel tubes with a teardrop-shaped or oval cross-section. In comparison to the also preferred material CFRP, which is lighter, stainless steel has the advantage of being less brittle, which increases the service life of the tines 61. Due to the oval cross-section, which is vertically aligned with the longitudinal axis, the tines 61 give way less under the weight of a payload, but remain comparatively flexible in the lateral direction and can thus give way in this direction in the event of collisions, for example to protect the tine of a conveyor end point P ( 2 ) or a holding fork 813 of a transport box 81 of an aircraft ( 3 ). The cap on the tip of the tines 61 additionally supports the deflection of the tines 61 in the event of a collision. To further improve this, the tines 61 are additionally attached to the tine plate 62 with an invisible elastic element that yields at least laterally.

Die Mecanum- oder Diagonalrollenräder 31 sind derart ausgestaltet, dass die Richtung der Diagonalrollenachsen benachbarter Räder gegenläufig ist. Wie in den 1A und 1B zu sehen, zeigt bei der abgebildeten Ausführung die Achse der obersten Diagonalrolle 310 aller vier Räder dadurch immer in Richtung der Mitte der Laderoboter 1 bzw. seines Gehäuses. Eine Anordnung, bei der die oberste Rolle zu der Richtung auf die Fahrzeugmitte hin senkrecht steht, wäre ebenfalls verwendbar. Durch diese Radanordnung kann der Laderoboter 1 drehungsfreie Translationen in beliebige Richtungen vollführen, indem die vier Räder unabhängig voneinander mit der entsprechenden Geschwindigkeit getrieben werden. Translationen mit Drehung oder reine Drehungen (d.h. auf der Stelle) können ebenfalls vollführt werden. Dies erleichtert das Einnehmen einer gewünschten Pose zum Ein-/Ausladen bzw. Aufnehmen oder Ablegen einer Nutzlast stark. Jedes der Räder (31) wird durch einen am Chassis befestigten Gleichstrom (DC) Elektromotor angetrieben.The Mecanum or diagonal roller wheels 31 are designed in such a way that the direction of the diagonal roller axes of adjacent wheels is opposite. As shown in the 1A and 1B As can be seen, in the embodiment shown, the axis of the uppermost diagonal roller 310 of all four wheels always points towards the center of the loading robot 1 or its housing. An arrangement in which the uppermost roller is perpendicular to the direction towards the center of the vehicle could also be used. This wheel arrangement enables the loading robot 1 to perform rotation-free translations in any direction by driving the four wheels independently of one another at the appropriate speed. Translations with rotation or pure rotations (ie on the spot) can also be performed. This makes it much easier to assume a desired pose for loading/unloading or picking up or putting down a payload. Each of the wheels (31) is driven by a direct current (DC) electric motor attached to the chassis.

Die Elektronik des Laderoboters 1 umfasst eine Inertialnavigationseinheit (IMU) mit einem Gyrosensor, mittels dessen zur Orientierung die Winkelgeschwindigkeit gemessen wird. Die Positionierung relativ zu einem Zielobjekt bzw. einer Zielstruktur dieses Zielobjekts erfolgt über die (Bild-)Verarbeitung von optischen Markern, die an bekannten Punkten des Zielobjekts angebracht sind. Die Marker werden mit der RGB-Tiefenkamera 4 erfasst. Der Roboter kann autonom unter der Kontrolle einer Steuereinheit operieren oder manuell per Funk ferngesteuert werden. Im autonomen Modus erhält die Steuereinheit des Laderoboters von einer Missionszentrale per Funk keine direkten Steuerkommandos sondern lediglich abstrakte Aufträge wie „Suche Drohne (von Typ X und/oder mitKennung Y) auf (Landefläche B / Vorfeld C) und Lade Nutzlast aus“ oder „Nimm Nutzlast an Ausgabepunkt A auf und Lade in auf (Landefläche B / Vorfeld C) wartende Drohne (vom Typ X und/oder mit Kennung Y)“.The electronics of the loading robot 1 comprise an inertial navigation unit (IMU) with a gyro sensor, which is used to measure the angular velocity for orientation. Positioning relative to a target object or a target structure of this target object is carried out via the (image) processing of optical markers that are attached to known points on the target object. The markers are recorded using the RGB depth camera 4. The robot can operate autonomously under the control of a control unit or be manually remote-controlled via radio. In autonomous mode, the control unit of the loading robot does not receive direct control commands from a mission center via radio, but only abstract orders such as "Search for drone (of type X and/or with identifier Y) on (landing area B / apron C) and unload payload" or "Pick up payload at output point A and load into drone (of type X and/or with identifier Y) waiting on (landing area B / apron C)".

Die 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäßes Nutzlastladefahrzeug in einer zweiten Ausführungsform ähnlich der aus den ersten beiden Figuren.The 2 shows a perspective view of a payload loading vehicle according to the invention in a second embodiment similar to that of the first two figures.

Das erfindungsgemäße Nutzlastladefahrzeug dieser Ausführungsform ist ebenfalls ein Laderoboter 1, der die am Förderendpunkt P eines Förderbandes B bereitstehende Nutzlast 9 auf seine Transportgabel 6 lädt. Hierbei setzt er die Erfassungsmittel 6 ein um den Förderendpunkt P zu erkennen, darauf zuzusteuern und eine korrekte Ladepose einzunehmen, bei der der Laderoboter 1 zentral vor dem Förderendpunkt positioniert und die Zinken der Transportgabel 6 des Laderoboters 1 parallel zu den Zinken P1 des Förderendpunktes P stehen. Der Laderoboter 1 verfügt hier nicht über ein Gehäuse, so dass der Blick frei ist auf das plattenförmige Chassis 2, an dem unterseitig die jeweils von einem einzelnen Elektromotor angetriebenen Mecanum- oder Diagonalrollenräder 31 befestigt und auf dessen Oberseite elektronische Komponenten und ein Energiespeicher 25 sichtbar sind.The payload loading vehicle according to the invention in this embodiment is also a loading robot 1, which loads the payload 9 available at the conveyor end point P of a conveyor belt B onto its transport fork 6. In doing so, it uses the detection means 6 to recognize the conveyor end point P, to steer towards it and to assume a correct loading pose in which the loading robot 1 is positioned centrally in front of the conveyor end point and the tines of the transport fork 6 of the loading robot 1 are parallel to the tines P1 of the conveyor end point P. The loading robot 1 does not have a housing here, so that the view is clear of the plate-shaped chassis 2, to the underside of which the Mecanum or diagonal roller wheels 31, each driven by an individual electric motor, are attached and on the top of which electronic components and an energy storage device 25 are visible.

In der 3 ist in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Be- und Entladen von Nutzlasten in/aus einer Nutzlasttransportvorrichtung eines Fluggeräts mittels eines erfindungsgemäßen Nutzlastladefahrzeugs gezeigt.In the 3 is a perspective view of an embodiment of an arrangement according to the invention for loading and unloading payloads into/from a payload transport device of an aircraft device by means of a payload loading vehicle according to the invention.

Die Be-und Entlade-Anordnung 100 umfasst das Fluggerät 8 mit einer unterhalb des Rumpfes 82 lösbar befestigten Transportbox 81 und einer erfindungsgemäßen robotischen Ladevorrichtung in Form des fahrbaren Laderoboters 1 der 2. Mit seinen in Richtung der Ladegabel 6 blickenden optischen Erfassungsmitteln 4 erfasst der Laderoboter 1 das Fluggerät 8, die daran befestigten Positioniermarker 87 und/oder die Transportbox 81 und bringt den Laderobotor 1 und dessen Ladegabel 6 in die zum Ein- oder Ausladen der Nutzlast 9 nötige Pose, nämlich zentral vor der Ladeöffnung 810 der Transportbox 81 positioniert und so ausgerichtet, dass die Zinken der Ladegabel 6 und die der Nutzlasthalteeinrichtung in Form der Haltegabel 813 der Transportbox 81 parallel zueinander stehen. Das Rangieren in diese Pose wird durch den Antrieb des Laderoboters 1 mittels 2x2 Mecanumrädern 31 vereinfacht, da diese in dieser Konfiguration durch entsprechende Ansteuerung beliebige Translationen und Rotationen des Laderoboters 1 erlauben. Ein umständliches Zurückfahren und Neuansetzen im Falle kleiner Abweichungen von der gewünschten Pose, wie dies bei Fahrzeugen mit traditionellen Rädern nötig wäre, erübrigt sich hierdurch. Ist die korrekte Pose eingenommen, fährt der Laderobotor 1 geradlinig in Richtung der Flächennormalen der Ladeöffnung 810 auf diese zu und mit seiner Transportgabel 6 in das Innere der Transportbox 81. Je nachdem, ob die Nutzlast 9 ein oder ausgeladen werden soll wählt der Laderoboter 1 eine andere relative Höhe seiner Transportgabel 6 relativ zur Haltegabel 813.The loading and unloading arrangement 100 comprises the aircraft 8 with a transport box 81 detachably attached below the fuselage 82 and a robotic loading device according to the invention in the form of the mobile loading robot 1 of the 2 . With its optical detection means 4 looking in the direction of the loading fork 6, the loading robot 1 detects the aircraft 8, the positioning markers 87 attached to it and/or the transport box 81 and brings the loading robot 1 and its loading fork 6 into the pose required for loading or unloading the payload 9, namely positioned centrally in front of the loading opening 810 of the transport box 81 and aligned so that the tines of the loading fork 6 and those of the payload holding device in the form of the holding fork 813 of the transport box 81 are parallel to one another. Maneuvering into this pose is simplified by driving the loading robot 1 by means of 2x2 Mecanum wheels 31, since in this configuration these allow any translations and rotations of the loading robot 1 by appropriate control. This eliminates the need for laborious reversing and repositioning in the event of small deviations from the desired pose, as would be necessary with vehicles with traditional wheels. Once the correct pose has been assumed, the loading robot 1 moves in a straight line in the direction of the surface normal of the loading opening 810 towards it and with its transport fork 6 into the interior of the transport box 81. Depending on whether the payload 9 is to be loaded or unloaded, the loading robot 1 selects a different relative height of its transport fork 6 relative to the holding fork 813.

Beim Einladen fährt er seine Transportgabel 6 mit einer leichten Überhöhung ein und senkt sie dann im Inneren der Transportbox 81 ab, um die Nutzlast auf den Zinken der Haltegabel 813 abzulegen. Beim Ausladen fährt der Laderoboter 1 hingegen seine Transportgabel 6 etwas tiefer ein als die Haltegabel 813 und hebt sie im Inneren der Transportbox 81 an, wodurch die Nutzlast 9 von den Zinken der Haltegabel 813 auf die der Transportgabel 6 transferiert wird. In beiden Fällen bewegen sich die bevorzugt drei Trage-Zinken der Transportgabel 6, idealerweise kollisionsfrei, durch die Zwischenräume zwischen den, bevorzugt vier, Zinken der Haltegabel 813 der Transportbox 81. Schließlich fährt der Laderoboter 1 zurück und damit die Transportgabel 6 wieder aus der Transportbox 81 heraus.When loading, it retracts its transport fork 6 with a slight elevation and then lowers it inside the transport box 81 in order to place the payload on the tines of the holding fork 813. When unloading, however, the loading robot 1 retracts its transport fork 6 slightly deeper than the holding fork 813 and lifts it inside the transport box 81, whereby the payload 9 is transferred from the tines of the holding fork 813 to those of the transport fork 6. In both cases, the preferably three carrying tines of the transport fork 6 move, ideally without collision, through the spaces between the, preferably four, tines of the holding fork 813 of the transport box 81. Finally, the loading robot 1 moves back and with it the transport fork 6 out of the transport box 81 again.

Beim Einnehmen der zum Ein- oder Ausladen nötigen Pose relative zu einer Zielstruktur, etwa einer Nutzlasthalteeinrichtung einer Fördertechnik wie in 2 oder Nutzlasttransportvorrichtung einer Drohne wie in 3, erfolgt die Regelung in drei Schritten. Zuerst wird durch Rotieren des Laderoboters die Orientierung zu den Marken an bzw. neben der Zielstruktur derart eingeregelt, dass der Laderoboter 1 senkrecht zu der durch die Marker aufgespannte Ebene ausgerichtet ist und in Richtung dieser Ebene orientiert ist. Dies entspricht einem Winkel von 180° zwischen einer auswärts orientierten Flächennormalen auf einer Ladeseite der Zielstruktur, etwa einer Ladeöffnung einer Nutzlasttransportvorrichtung, und einer vom Laderoboter 1 weg weisenden Flächenormalen auf die Zinkenplatte 62 der Transportgabel 6. Im zweiten Schritt wird der parallele Versatz zu einem Sollpunkt, etwa einer Mitte einer Ladeöffnung einer Nutzlasttransportvorrichtung ausgeregelt. In einem dritten Schritt wird die Distanz zu der Ebene um eine gewisse Schrittgröße verringert. Diese Schritte werden zyklisch wiederholt, um Fehler in oder um eine Achse auszugleichen. Die vorgegebene Reihenfolge der Regelachsen vermindert das Kollisionsrisiko mit dem Zielobjekt und garantiert gleichzeitig, dass die Marker im Sichtfeld der RGB-Tiefenkamera 4 bleiben.When assuming the pose required for loading or unloading relative to a target structure, such as a payload holding device of a conveyor system as in 2 or payload transport device of a drone as in 3 , the control takes place in three steps. First, by rotating the loading robot, the orientation to the markers on or next to the target structure is adjusted in such a way that the loading robot 1 is aligned perpendicular to the plane spanned by the markers and is oriented in the direction of this plane. This corresponds to an angle of 180° between an outward-oriented surface normal on a loading side of the target structure, such as a loading opening of a payload transport device, and a surface normal pointing away from the loading robot 1 on the tine plate 62 of the transport fork 6. In the second step, the parallel offset to a target point, such as a center of a loading opening of a payload transport device, is adjusted. In a third step, the distance to the plane is reduced by a certain step size. These steps are repeated cyclically to compensate for errors in or around an axis. The specified order of the control axes reduces the risk of collision with the target object and at the same time guarantees that the markers remain in the field of view of the RGB depth camera 4.

Die optischen Marker, in der Ausführungsform der Anordnung nach 3 drei nebeneinander angeordnete ArUco-Marker oder Tags 87, werden zur Schätzung der Kamerapose, sprich Positon und Orientierung der RGB-Tiefenkamera 4 relativ zu jedem der Marker 87 verwendet. Die Posen-Information mit dem Vorwissen über die Position der Marker 87 am Fluggerät 8 wird genutzt, um eine Soll-Positioin des Laderoboters 1 relativ zum Fluggerät zu berechnen und weiterhin die Orientierung der Kamera 4 und somit des Laderoboters 1 zur Transportbox 81 zu bestimmen. Der Gyrosensor der Inertialnavigationseinheit unterliegt einem Drift, welcher über die Zeit die Orientierung verfälscht. Dieser Drift kann durch die optisch mittels der Marker bestimmten Orientierungsinformation per Filter ausgeglichen werden.The optical markers, in the embodiment of the arrangement according to 3 three ArUco markers or tags 87 arranged next to each other are used to estimate the camera pose, i.e. position and orientation of the RGB depth camera 4 relative to each of the markers 87. The pose information with the prior knowledge about the position of the markers 87 on the aircraft 8 is used to calculate a target position of the loading robot 1 relative to the aircraft and also to determine the orientation of the camera 4 and thus of the loading robot 1 to the transport box 81. The gyro sensor of the inertial navigation unit is subject to a drift which distorts the orientation over time. This drift can be compensated for by the orientation information determined optically using the markers via a filter.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11: Laderobotercharging robot
22: Chassischassis
2525: Batteriebattery
2626: Mastmast
261261: Schienerail
262262: lineare Achselinear axis
33: Fortbewegungsmittelmeans of transport
3131: Diagonalrollen(Mecanum)-Raddiagonal roller (Mecanum) wheel
310310: oberste Diagonalrolle von 31top diagonal roll of 31
44: RGB-TiefenkameraRGB depth camera
66: Ladegabelloading fork
6161: Zinkentines
61a61a: Sicherungszinkensecuring prongs
61b61b: Tragezinkencarrying tines
6262: Zinkenplattetine plate
77: GehäuseHousing
7171: DeckelLid
88: Fluggerätaircraft
8181: Nutzlasttransportboxpayload transport box
810810: Ladeöffnungloading opening
813813: Tragegabelcarrying fork
8282: Rumpfhull
8787: ArUco-Marker als FeinausrichtunghilfenArUco markers as fine alignment aids
99: Nutzlastpayload
PP: tragegabelförmiger Förderendpunktcarrying fork-shaped conveyor end point
P1P1: Zinken von Pprongs of P

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2020144348 A1 [0004]
CN 106184757 A [0005]
CN 210735509 U [0005]
CN 111453403 A [0006, 0007]
CN 213958107 U [0007]
WO 2021183453 A1 [0008]
CN 114803420 A [0009]
DE 1020231059378 [0012]

Claims

Robotic loading device, comprising a payload holding device (6) which is motorized and movable by means of movement means, characterized in that the loading device (1) comprises - detection means (4) for detecting a target object (8) or an environment of the loading device (1) or at least the payload holding device (6), and - position determining means for determining a position of the payload holding device (6) relative to the target object (8), and is prepared to navigate the payload holding device (6) to the target object (8) autonomously using the movement means (3), detection means (4) and position determining means while detecting the environment of the payload holding device (6) and detecting obstacles present therein, and there • to detect a payload transport device (81) of the target object (8) including an orientation of the payload transport device (81) relative to the payload holding device (6) by means of the detection means, and • to position the payload holding device (6) in a position required for loading and/or unloading a payload (9) into or from the payload transport direction (81). Pose, i.e. position and orientation, to maneuver relative to the payload transport device (81), and • to load the payload (9) from the payload transport device (81) onto the payload holding device (6) when unloading or vice versa when loading from the payload holding device (6) onto/into the payload transport device (81).

Robotic loading device according to claim 1 , characterized in that it is a ground-based payload loading vehicle (1), which further comprises: - a chassis (2), in particular in the form of a horizontally aligned plate, on the front of which the payload holding device (6) is arranged, and - means of propulsion (3) with a ground contact device (31) which is fastened to the chassis (2) and has at least one driven propulsion means (31).

Payload loading vehicle according to the preceding claim, wherein the ground contact device comprises at least one wheel (31), preferably a plurality, preferably four or more wheels (31) as propulsion means (31), wherein the at least one wheel (31), preferably all wheels (31), is/are driven by an electric motor, preferably one electric motor per wheel (31).

Payload loading vehicle according to the preceding claim, wherein it comprises as ground contact device exactly four diagonal roller wheels (31), each of which has a plurality of rollers distributed over its circumference, the axes of rotation of which each form an angle different from 0 and 90 degrees, in particular an angle of between 40 and 50, preferably 45 degrees, with the axis of rotation of its respective wheel (31), wherein the diagonal roller wheels (31) are fixed in a 2x2 arrangement on the chassis (2) and are designed such that the axes of rotation of the rollers of immediately adjacent wheels (31) are aligned in opposite directions.

Payload loading vehicle according to one of the preceding claims, characterized by a housing (7) which surrounds at least the chassis (2).

Payload loading vehicle according to one of the preceding claims, comprising a mast (26) on which the payload holding device (6) is arranged so as to be vertically displaceable by means of a carriage (261), wherein the mast in particular further carries a camera (4) as a detection means and a field of view of the camera points in the direction of the payload holding device (6).

Payload loading vehicle according to the preceding claim, wherein the payload holding device (6) is fastened to the carriage (261) in such a way that a storage surface is inclined at an angle of between 1° and 10°, preferably approximately 5°, in the direction of the carriage, the payload holding device (6) is fastened to the carriage in particular in a tiltable manner, for example stepwise or continuously tiltable from a first position in which the storage surface is inclined at an angle of between 1° and 10°, in particular 5°, in the direction of the carriage, into a second position in which the storage surface is inclined at an angle of a maximum of between +1° and +30°, in particular a maximum of +20° away from the carriage.

Robotic loading device according to claim 1 in the form of a robot arm consisting of several articulated segments, which carries the payload holding device (6) at one end and is anchored in place at its opposite end.

Robotic loading device according to one of the preceding claims, wherein the payload holding device (6) is a transport fork (6) which comprises a plurality of tines (61), which in particular - are fastened to a tine plate (62) in a parallel alignment, and/or - comprise two outer securing tines (61a) which are arranged offset relative to the support tines (61b) in the direction of the surface normal of a support surface formed by the support tines (61b), and the securing tines (61a) are preferably used to secure a payload (9) lying on the support surface. ◯ are displaceable or pivotable so that they can clamp the payload (9) between them, and/or ◯ have suction cups, and furthermore preferably each of the supporting prongs (61b) has one or more rubber stoppers distributed over its length, and/or - have an elliptical, oval or teardrop-shaped cross-section and are aligned such that a longer axis of the cross-section is aligned parallel to the surface normal of the supporting surface, and/or - are provided with caps made of elastic material on the ends facing away from the holding plate, and/or - are flexibly attached in the prong plate (62) so that the prongs (61) can give way at least in the lateral direction in the event of a collision with an object, wherein the flexible mounting is preferably achieved by means of an elastic element and/or a spring.

Robotic loading device according to one of the preceding claims, wherein the detection means comprise: - one or more cameras, in particular a stereo and/or depth camera and/or RGB and/or infrared camera or a combination thereof, and/or - one or more LIDAR sensors, and/or - one or more radar sensors.

Robotic loading device according to one of the preceding claims, wherein the position determining means comprise: - a GPS unit, - an inertial navigation unit, - an evaluation unit which is able to determine a position of the payload transport vehicle (1) from data of the detection means by comparison with reference data or a map, - an ultra-wide-band navigation unit comprising an ultra-wide-band receiver.

Robotic loading device according to the preceding claim comprising an inertial navigation unit and an evaluation unit, wherein it is prepared to carry out a position determination by sensor fusion of data from the inertial navigation unit and the evaluation unit, in particular such that, starting from a last verified position, by coupling based on position changes detected by the inertial navigation unit, a series of non-verified positions are determined at regular or irregular short time intervals, in particular at first time intervals of between 0.1 ms and 10 ms, for example 1°ms, and at regular or irregular longer time intervals, in particular at second time intervals of 10 ms to 1 s, preferably between 20°ms and 50°ms, a new verified position is determined based on a position determined by the evaluation unit.

Arrangement comprising a robotic loading device, in particular a payload loading vehicle (1), according to one of the preceding claims and an aircraft (8) landed on a landing surface, in particular a drone in the form of a multicopter (8) with a payload transport device (81), characterized in that the loading device (1) is prepared to: - recognize the aircraft (8) and its orientation and position on the landing surface, and - determine a relative position of its payload holding device (6) of the loading device (1) to the aircraft, and - use the anatomy of the aircraft, i.e. the arrangement and size of the components of the aircraft such as the fuselage, propulsion means and the payload transport device (81), to determine the relative orientation of its payload holding device (6) to the aircraft (8) with a first accuracy, and - use fine alignment aids (87) on the aircraft (8) to determine a relative orientation of its payload holding device (6) to the aircraft with a second accuracy that is greater than the first accuracy.

Arrangement according to the preceding claim, wherein the fine alignment aids (87) comprise at least one ArUco tag, in particular exactly two or three ArUco tags, two of which are arranged on both sides of a loading opening (810) of the payload transport device (81) or on the inner sides of loading flaps closing the loading opening and have a distance, measured from center to center, of between one and two times a width of the payload transport device (81), in particular between 1-50 cm, preferably 10 - 30 cm.

Arrangement according to one of the Claims 13 or 14 , wherein the loading device (1) and aircraft (8) are further prepared so that the loading device (1) can lift the aircraft (8) as a whole by means of its payload holding device (6) and move it on the landing surface or carry it down from the landing surface.