Im Rahmen des Projekts „Autodrohne in der Produktion“ hat das IPH eine bahnbrechende Entwicklung erzielt. Die Drohne kann dank einer innovativen Navigationstechnologie und Sensoren, die sich an Bord befinden, autonom in unbekannten Innenräumen fliegen, ohne GPS zu verwenden. Obwohl das System bereits im Forschungsumfeld erfolgreich funktioniert, müssen noch Sicherheitsprobleme gelöst werden, bevor es für den Markt bereit ist.
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Sicherheitskonzept ermöglicht Drohnenflug in Innenräumen ohne GPS
Bisher waren unbemannte Luftfahrtsysteme auf GPS angewiesen und konnten daher nur im Freien sicher navigieren. In geschlossenen Räumen fehlte ihnen jedoch die Orientierung, wodurch sie außer Kontrolle gerieten und abstürzten. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine neue Art der Navigation entwickelt, die es den Systemen ermöglicht, auch in Innenräumen autonom zu fliegen.
Indoor-Drohne: Optische Navigation statt GPS
Im Projekt „Autodrohne in der Produktion“ hat das IPH eine Indoor-Navigation entwickelt, die auf einem Optical-Flow-Modul und einer Bodenkamera basiert. Diese Technologien ermöglichen es der Drohne, ihre Position zu bestimmen, indem sie die relative Abweichung von ihrer Ausgangsposition erkennt. Die Inertial-Measurement-Unit (IMU) gewährleistet eine stabile Fluglage, indem sie Beschleunigung und Orientierung misst. Somit kann die Drohne ohne den Einsatz von GPS zuverlässig navigieren.
LiDAR-Sensor sorgt für sichere Navigation der Drohne
Durch den LiDAR-Sensor ist die „Autodrohne“ in der Lage, Hindernisse wie Wände, Regale oder Maschinen zu erkennen. Dies ermöglicht der Drohne, autonom auszuweichen und eine sichere Navigation zu gewährleisten.
Innovative „Autodrohne“ erstellt 3D-Karte im Flug
Die „Autodrohne“ hebt mit nur begrenztem Wissen über ihre unmittelbare Umgebung ab. Während des Fluges erkundet sie den Raum nach und nach und erstellt dabei automatisch eine 3D-Karte in einem Raster. Hierbei kommen zwei Algorithmen zum Einsatz: Der A*-Algorithmus plant die Flugstrecken, während ein spezieller Punktwolkenfilter die Randbereiche der Karte erkennt und zwischen festen Grenzen und offenen Rändern unterscheidet.
Die Drohne nutzt eine systematische Navigationsmethode, um von ihrer aktuellen Position zu einem festgelegten Zielpunkt am äußeren Rand des Raumes zu fliegen. Sobald dieser Punkt erreicht ist, wird ein neues Ziel festgelegt, bis nur noch feste Hindernisse wie Wände, Regale oder Maschinen im Randbereich der Karte vorhanden sind. Auf diese Weise kann die Drohne den gesamten Raum erkunden. Ein interessanter Anwendungsfall für diese Technologie ist die Erfassung von Fabriklayouts, bei der die Drohne autonom ein virtuelles Modell erstellt, das als Grundlage für Fabrikplanungsprojekte dienen kann.
Elektromagnetische Verträglichkeit: Problem für Drohnennavigation in Industrie
Obwohl der autonome Drohnenflug bereits im Forschungsumfeld erfolgreich ist, stehen noch einige Hürden bevor, um den Einsatz in der industriellen Praxis zu ermöglichen. Insbesondere die geringe Elektromagnetische Verträglichkeit einiger Navigationssensoren stellt eine große Herausforderung dar, da sie die Navigationsfähigkeit der Drohnen beeinträchtigen kann. Um diese Sicherheitsprobleme zu lösen, sind weitere Forschung und Entwicklung erforderlich.
Elektromotoren, stromdurchflossene Leiter oder größere Metallansammlungen können die Navigationsfähigkeit der Drohne beeinträchtigen und sogar zu einem Absturz führen. Da solche elektromagnetischen Störungen in Industrieumgebungen nicht vermieden werden können, ist es notwendig, weiter in die Forschung und Entwicklung zu investieren, um Indoor-Drohnen zu entwickeln, die robust genug sind, um sicher und autonom in solchen Umgebungen zu fliegen.
Neue Anwendungen durch die Erkundung unbekannter Räume
Das IPH hat mit der „Autodrohne in der Produktion“ eine beeindruckende Technologie entwickelt, die das autonome Fliegen in unbekannten Innenräumen ermöglicht. Durch ihre innovative Navigationstechnologie und das automatisierte Kollisionsvermeidungssystem kann die Drohne sicher und eigenständig in Industrieumgebungen agieren. Sie kann unbekannte Räume erkunden und beispielsweise eine virtuelle Modellierung von Fabrikhallen ermöglichen. Obwohl noch weitere Forschung und Entwicklung erforderlich sind, um die Sicherheitshürden zu überwinden, ist die „Autodrohne“ ein vielversprechender Schritt in Richtung einer zukunftsfähigen Indoor-Navigation.
