WO2018046125A2 - Vorrichtung zur automatisierten be- und entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten drohne - Google Patents

Vorrichtung zur automatisierten be- und entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten drohne Download PDF

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Marcel Braun
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Daimler Ag
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    • G05B2219/50362—Load unload with robot

Definitions

  • the invention relates to a device for the automated loading and unloading of a free-flying autonomously controlled drone and a vehicle, in particular a delivery vehicle, with such a device.
  • the invention is used in particular in the postal and parcel service as well as in the transport and delivery industry.
  • the object of the invention is to provide a device which allows a more time-efficient loading and unloading of a free-flying autonomously controlled drone, the space requirements for the loading and unloading are reduced over the prior art.
  • the object is achieved with a device for the automated loading and unloading of a free-flying autonomously controlled drone with / from an object.
  • the proposed apparatus comprises a drone landing stage, a storage facility for storing objects, a robot designed and arranged to automatically extract and retrieve objects from the storage facility at the landing platform for drone capture, and automate objects. which are provided by a drone on the landing platform to accommodate and store in the storage facility, and a controller for controlling the robot.
  • the robot has a multi-unit robot manipulator having at its distal end an effector for picking up and holding objects.
  • the effector is preferably designed as a gripper.
  • all other devices known today that are suitable for receiving and holding objects are included in the concept of the invention.
  • the links of the robot manipulator are advantageously connected to one another via actuator-driven rotary joints and / or via linear joints.
  • the robot, the landing platform and the storage facility are arranged relative to one another such that the effector in its 3D workspace can pick up objects that are stored in the storage facility and make them available on the landing platform.
  • the term "3D workspace" defines all three-dimensional positions that the effector can achieve.
  • a hinge allows rotation of the links connected to the pivot about an axis of rotation.
  • two members and an effector are present, which are connected in series with each other and with a robot base via three linear joints, wherein the linear joints each allow a movement along a movement axis and wherein the three axes of movement are perpendicular to each other.
  • One or more of the linear joints present on the robot manipulator advantageously have a push chain drive or a spindle drive.
  • the robot advantageously has a device for fixing an object during its transport from the storage device to the landing platform or vice versa.
  • the landing platform has an opening at a target landing position of the drone and the robot is designed to provide from below coming through the opening in the landing platform objects for pickup by a drone and objects of to accept a drone and place it in the storage facility.
  • the opening is closable.
  • the landing platform advantageously has sufficient surface accuracy, so that a drone landed on it, if possible, not slip, even in windy conditions.
  • a transfer of an object from the effector to the drone or from the drone to the effector can be designed differently.
  • the effector can grab an object still fixed on the drone, sending a signal from the robot to the drone, which causes the drone to release the object.
  • the effector on a flat surface which is preferably oriented flat to the surface of the landing platform. After the drone has landed centrally over this flat surface, it frees the transported object in this embodiment so that it comes to lie on the flat surface and can be fixed there by the effector to deposit it in the storage facility.
  • control unit of the robot has a communication means for data exchange with a control unit of the drone, and the control unit controls the robot depending on data of the control unit of the drone.
  • control unit of the drone is designed to transmit to the control unit of the robot at least the following two pieces of information: "Drone landed and ready to deliver a transport object", "drone landed and ready to receive a transport object”.
  • Information advantageously starts the respective transfer procedure of the robot. During the handover procedure, further information is advantageously exchanged between the control unit and the control unit.
  • the arrival time of the drone on the landing platform is advantageously transmitted to the controller of the robot, so that the robot can provide the respective object in time for the arrival of the drone on the landing platform.
  • the apparatus further advantageously comprises means for scanning a half-space above the landing platform for existing obstacles.
  • This device preferably comprises a 3D laser scanner, a 3D camera, a radar scanner, an ultrasound scanner, an infrared scanner or a combination thereof.
  • the data acquired by the device are advantageously evaluated in the device, obstacle data being generated.
  • the obstacle data advantageously indicates areas of space around a reference point of the landing platform where obstacles are present.
  • This obstacle data is transmitted to the control unit of the drone and taken into account by the control unit during flight guidance of the drone.
  • the device comprises a transmitter for transmitting tracking and / or flight guidance signals, which serve for precise flight guidance of the drone to a predetermined landing on the landing platform, received by the drone and are taken into account in the flight guidance of the control unit.
  • the signals emitted by the transmitter advantageously electromagnetic signals, acoustic signals, light signals or a combination thereof.
  • a further aspect of the invention relates to a vehicle, in particular delivery vehicle, with a device as described above.
  • the landing platform is disposed on a roof of the vehicle.
  • the landing platform does not advantageously project beyond the contour lines of the roof of the vehicle.
  • the landing platform advantageously has a central opening which can be closed.
  • the robot and the storage device are advantageously integrated in a loading space structure of the vehicle.
  • the storage facility comprises one or more shelves. Each shelf is advantageously arranged on the right and left inner wall of the cargo space structure.
  • the shelves can be easily removed or reinserted via an existing mechanism in the vehicle.
  • the robot is advantageously arranged in a central aisle between two shelves arranged on the side wall side in the loading space structure.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a proposed device.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a proposed device for the automated loading and unloading of a free-flying autonomously controlled drone with a from / to an object.
  • the apparatus includes a drone landing stage 101, a storage device 102 for storing objects, a robot 103 configured and configured to automatically extract objects from the storage device 102 and provide them to the landing platform 101 for drone capture. and automates objects provided by a drone on the landing platform 101 and stores them in the storage facility 102, and a controller 104 for controlling the robot 103.
  • the storage facility 102 is presently designed as a shelf and, in the illustrated cross-section, is located at the bottom and in the bottom top shelf an object on.
  • the landing platform 101 has an opening 108 through which the effector, coming from below, provides an object for recording by the drone.
  • the drone landed on the platform in such a way that its landing legs are on the platform and the drone's body is freely accessible from below for the effector to take over the object from the effector.
  • the robot 103 comprises a three-part robot manipulator 105, which has an effector 106 for receiving and holding objects at its distal end.
  • the robot manipulator 105 is connected to a robot base at its proximal end.
  • the control of the associated actuators is carried out by the control unit 104.
  • the control unit 104 also has a communication means 106 for data exchange with a control unit 107 of the drone, wherein the control unit 104 controls the robot 103 depending on data of the control unit 107 of the drone.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt, umfassend: eine Landeplattform (101) für die Drohne, eine Lagereinrichtung (102) zur Lagerung von Objekten, einen Roboter (103), der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung (102) zu entnehmen und an der Landeplattform (101) für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform (101) bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung (102) abzulegen, und ein Steuergerät (104) zur Steuerung des Roboters (103). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Lieferfahrzeug, mit einer ebensolchen Vorrichtung.

Description

Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten Drohne
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Lieferfahrzeug, mit einer ebensolchen Vorrichtung. Die Erfindung findet Verwendung insbesondere im Post- und Paketdienst sowie im Transport- und Liefergewerbe.
Derzeit werden derartige Drohnen manuell durch Bedienpersonen Be- und Entladen. Die Nachteile bestehen dabei in dem hohen Zeitaufwand, der hierfür benötigt wird und in den hierfür erforderlichen großen Räumlichkeiten, um eine entsprechende Bewegungsfreiheit der Bedienperson zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine zeiteffizientere Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne ermöglicht, wobei die Raumanforderungen für die Be- und Entladung gegenüber dem Stand der Technik verringert sind.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt gelöst. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Landeplattform für die Drohne, einer Lagereinrichtung zur Lagerung von Objekten, einem Roboter, der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung zu entnehmen und an der Landeplattform für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung abzulegen, und ein Steuergerät zur Steuerung des Roboters.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Vorteilhaft weist der Roboter einen mehrgliedrigen Robotermanipulator auf, der an seinem distalen Ende einen Effektor zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist. Der Effektor ist vorzugsweise als Greifer ausgebildet. Natürlich sind alle weiteren, heute bekannten Vorrichtungen, die zum Aufnehmen und Halten von Objekten geeignet sind, von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.
Die Glieder des Robotermanipulators sind vorteilhaft über aktorisch angetriebene Drehgelenke und/oder über Lineargelenke miteinander verbunden. Der Roboter, die Landeplattform und die Lagereinrichtung sind derart relativ zueinander angeordnet, sodass der Effektor in seinem 3D-Arbeitsraum Objekte, die in der Lagereinrichtung gelagert sind, aufnehmen kann und an der Landeplattform bereitstellen kann. Der Begriff„3D-Arbeitsraum" definiert vorliegend alle dreidimensionalen Positionen, die der Effektor erreichen kann.
Vorteilhaft erlaubt ein Drehgelenk eine Rotation der mit dem Drehgelenk verbundenen Glieder um eine Drehachse. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Robotermanipulators sind zwei Glieder und ein Effektor vorhanden, die über drei Lineargelenke seriell miteinander und mit einer Roboterbasis verbunden sind, wobei die Lineargelenke jeweils eine Bewegung entlang einer Bewegungsachse ermöglichen und wobei die drei Bewegungsachsen jeweils aufeinander senkrecht stehen.
Vorteilhaft weisen eines oder mehrere der am Robotermanipulator vorhandenen Lineargelenke einen Schubkettenantrieb oder einen Spindelantrieb auf.
Der Roboter weist vorteilhaft eine Vorrichtung zur Fixierung eines Objekts während dessen Transports von der Lagereinrichtung zur Landeplattform bzw. umgekehrt auf.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Landeplattform eine Öffnung an einer Soll-Landeposition der Drohne aufweist und der Roboter dazu ausgeführt ist, von unten kommend durch die Öffnung in der Landeplattform Objekte zur Abholung durch eine Drohne bereitzustellen und Objekte von einer Drohne entgegenzunehmen und in die Lagereinrichtung abzulegen. Vorteilhaft ist die Öffnung verschließbar. Die Landeplattform weist vorteilhaft eine ausreichende Oberflächengenauigkeit auf, sodass eine darauf gelandete Drohne möglichst nicht, auch bei Windeinfluss, verrutscht. Eine Übergabe eines Objekts vom Effektor an die Drohne bzw. von der Drohne an den Effektor kann unterschiedlich gestaltet werden. So kann der Effektor ein an der Drohne noch fixiertes Objekt greifen, wobei ein Signal vom Roboter an die Drohne gesandt wird, welches die Drohne veranlasst, das Objekt freizugeben. In einer anderen Ausführungsform weist der Effektor eine ebene Fläche auf, die vorzugsweise plan zur Oberfläche der Landeplattform orientiert ist. Nachdem die Drohne zentral über dieser ebenen Fläche gelandet ist, gibt sie in dieser Ausführungsform das transportierte Objekt frei, sodass dieses auf der ebenen Fläche zu liegen kommt und vom Effektor dort fixiert werden kann, um es in der Lagereinrichtung abzulegen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät des Roboters ein Kommunikationsmittel zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit der Drohne aufweist, und das Steuergerät den Roboter abhängig von Daten der Steuereinheit der Drohne steuert. Vorteilhaft ist die Steuereinheit der Drohne dazu ausgeführt, an das Steuergerät des Roboters zumindest folgende zwei Informationen zu übermitteln:„Drohne gelandet und bereit zur Abgabe eines Transportobjekts",„Drohne gelandet und bereit zur Aufnahme eines Transportobjekts". Vorteilhaft starten Informationen die jeweilige Übergabeprozedur des Roboters. Vorteilhaft werden während der Übergabeprozedur weitere Informationen zwischen dem Steuergerät und der Steuereinheit ausgetauscht.
Insbesondere beim Anflug einer Drohne auf die Landeplattform zur Abholung eines bestimmten Objekts aus der Lagereinrichtung wird vorteilhaft die Ankunftszeit der Drohne an der Landeplattform an das Steuergerät des Roboters übermittelt, sodass der Roboter das jeweilige Objekt rechtzeitig zur Ankunft der Drohne an der Landeplattform bereitstellen kann.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin vorteilhaft eine Einrichtung zum Scannen eines Halbraums über der Landeplattform nach vorhandenen Hindernissen. Diese Einrichtung umfasst vorzugsweise einen 3D-Laserscanner, eine 3D Kamera, einen Radarscanner, einen Ultraschallscanner, einen Infrarotscanner oder eine Kombination daraus. Die von der Einrichtung erfassten Daten werden vorteilhaft in der Einrichtung ausgewertet, wobei Hindernisdaten erzeugt werden. Die Hindernisdaten geben vorteilhaft Raumbereiche um einen Bezugspunkt der Landeplattform an, in denen Hindernisse vorhanden sind. Vorteil- haft werden diese Hindernisdaten an die Steuereinheit der Drohne übermittelt und von der Steuereinheit bei der Flugführung der Drohne berücksichtigt.
Weiterhin bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Sender zur Aussendung von Ortungsund/oder Flugführungssignalen, die zur präzisen Flugführung der Drohne auf einen vorgegebenen Landeplatz auf der Landeplattform dienen, von der Drohne empfangen und bei deren Flugführung von der Steuereinheit berücksichtigt werden. Die vom Sender ausgesandten Signale, vorteilhaft elektromagnetische Signale, akustische Signale, Lichtsignale oder eine Kombination daraus.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Lieferfahrzeug, mit einer Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist.
In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Fahrzeugs ist die Landeplattform auf einem Dach des Fahrzeugs angeordnet. Dabei überragt die Landeplattform vorteilhaft die Umrisslinien des Daches des Fahrzeugs nicht. Die Landeplattform weist vorteilhaft eine zentrale Öffnung auf, die verschließbar ist. Der Roboter und die Lagereinrichtung sind vorteilhaft in einem Laderaumaufbau des Fahrzeugs integriert. Vorteilhaft umfasst die Lagereinrichtung ein oder mehrere Regale. Vorteilhaft sind an der rechten und linken Innenwand des Laderaumaufbaus jeweils ein Regal angeordnet. Vorteilhaft können die Regale über einen im Fahrzeug vorhandenen Mechanismus einfach entnommen bzw. wieder eingebracht werden. Vorteilhaft ist der Roboter in einem Mittelgang zwischen zwei seitenwandseitig angeordneten Regalen im Laderaumaufbau angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer vorgeschlagenen Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten Drohne mit ei- nem/von einem Objekt.
Die Vorrichtung umfasst eine Landeplattform 101 für die Drohne, eine Lagereinrichtung 102 zur Lagerung von Objekten, einen Roboter 103, der dazu ausgeführt und eingerichtet ist, automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung 102 zu entnehmen und an der Landeplattform 101 für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform 101 bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung 102 abzulegen, und ein Steuergerät 104 zur Steuerung des Roboters 103. Die Lagereinrichtung 102 ist vorliegend als Regal ausgeführt und weist im dargestellten Querschnitt im untersten und im obersten Regalfach ein Objekt auf.
Die Landeplattform 101 weist eine Öffnung 108 auf, durch die von unten kommend der Effektor ein Objekt zur Aufnahme durch die Drohne bereitstellt. Die Drohne ist dabei derart auf der Plattform gelandet, dass ihre Landebeine auf der Plattform stehen und der Drohnenkörper von unten frei zugänglich für den Effektor ist, um das Objekt vom Effektor zu übernehmen.
Der Roboter 103 umfasst vorliegend einen dreigliedrigen Robotermanipulator 105, der an seinem distalen Ende einen Effektor 106 zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist. Der Robotermanipulator 105 ist an seinem proximalen Ende mit einer Roboterbasis verbunden. Zur Verbindung der Glieder und des Effektors mit der Roboterbasis sind vorliegend aktorisch angetriebene Drehgelenke vorhanden. Die Steuerung der zugeordneten Aktoren erfolgt durch das Steuergerät 104. Das Steuergerät 104 weist darüber hinaus ein Kommunikationsmittel 106 zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit 107 der Drohne auf, wobei das Steuergerät 104 den Roboter 103 abhängig von Daten der Steuereinheit 107 der Drohne steuert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug, insbesondere Lieferfahrzeug, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer frei fliegenden autonom gesteuerten Drohne mit einem/von einem Objekt, umfassend:
- eine Landeplattform (101) für die Drohne,
- einer Lagereinrichtung (102) zur Lagerung von Objekten,
- einen Roboter (103), der dazu ausgeführt und eingerichtet ist automatisiert Objekte aus der Lagereinrichtung (102) zu entnehmen und an der Landeplattform (101) für eine Aufnahme durch eine Drohne bereitzustellen, und automatisiert Objekte, die von einer Drohne an der Landeplattform (101) bereitgestellt sind, aufzunehmen und in der Lagereinrichtung (102) abzulegen, und
- ein Steuergerät (104) zur Steuerung des Roboters (103).
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 ,
bei der der Roboter (103) einen mehrgliedrigen Robotermanipulator (105) aufweist, der an seinem distalen Ende einen Effektor (106) zum Aufnehmen und Halten von Objekten aufweist.
3. Fahrzeug nach Anspruch 2,
bei der die Glieder des Robotermanipulators (105) über aktorisch angetriebene Drehgelenke und/oder über Lineargelenke miteinander verbunden sind.
4. Fahrzeug nach Anspruch 3,
bei der ein oder mehrere der Lineargelenke einen Schubkettenantrieb aufweisen. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der die Landeplattform (101) eine Öffnung (108) an einer Soll-Landeposition der Drohne aufweist und der Roboter (103) dazu ausgeführt ist, von unten kommend durch die Öffnung (108) in der Landeplattform (101) Objekte zur Abholung durch eine Drohne bereitzustellen und Objekte von einer Drohne entgegenzunehmen und in die Lagereinrichtung (102) abzulegen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei der der Roboter (103) eine Vorrichtung zur Fixierung eines Objekts während dessen Transport aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei der das Steuergerät (104) des Roboters (103) ein Kommunikationsmittel (106) zum Datenaustausch mit einer Steuereinheit (107) der Drohne aufweist, und das Steuergerät (104) den Roboter (103) abhängig von Daten der Steuereinheit (107) der Drohne steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 7,
bei der die Steuereinheit (107) dazu ausgeführt ist, an das Steuergerät (104) zumindest folgende zwei Informationen zu übermitteln:
Drohne gelandet und bereit zur Abgabe eines Transportobjekts,
Drohne gelandet und bereit zur Aufnahme eines Transportobjekts.
Fahrzeug nach Anspruch 1 bis 8,
bei dem die Landeplattform (101) auf einem Dach des Fahrzeugs angeordnet ist.
PCT/EP2017/001050 2016-09-06 2017-09-05 Vorrichtung zur automatisierten be- und entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten drohne WO2018046125A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/330,736 US11420740B2 (en) 2016-09-06 2017-09-05 Device for the automated charging and discharging of a free-flying autonomously controlled drone
CN201780054406.XA CN109661296A (zh) 2016-09-06 2017-09-05 用于为自由飞行的自主控制式无人机自动化地装货和卸货的装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016010685.9 2016-09-06
DE102016010685.9A DE102016010685A1 (de) 2016-09-06 2016-09-06 Vorrichtung zur automatisierten Be- und Entladung einer freifliegenden autonom gesteuerten Drohne

Publications (2)

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