Das Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) hat im Rahmen des Projekts „Autodrohne in der Produktion“ eine bahnbrechende Entwicklung vorangetrieben. Die autonom fliegende Drohne kann dank innovativer Navigationstechnologie und bordeigener Sensoren ohne GPS in unbekannten Innenräumen navigieren. Obwohl das System bereits im Forschungsumfeld erfolgreich funktioniert, müssen noch Sicherheitsprobleme gelöst werden, bevor die Marktreife erreicht ist.
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Neue Navigationstechnologie ermöglicht Drohnen in geschlossenen Räumen
Bisher waren unbemannte Luftfahrtsysteme auf GPS angewiesen und konnten nur im Freien sicher navigieren. In geschlossenen Räumen funktionierten sie jedoch nicht und stürzten ab. Daher wurde eine neue Art der Navigation und ein innovatives Sicherheitskonzept entwickelt, um den Einsatz in Innenräumen zu ermöglichen.
Neue Indoor-Navigation: Drohne ohne GPS
Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) hat eine Indoor-Navigation für Drohnen entwickelt. Dabei wird ein Optical-Flow-Modul in Kombination mit einer Bodenkamera genutzt. Diese Technologie ermöglicht es der Drohne, ihre Position zu bestimmen, indem sie die relative Abweichung von ihrer Ausgangsposition erkennt. Die Inertial-Measurement-Unit (IMU) sorgt für Stabilität während des Fluges, indem sie Beschleunigung und Orientierung misst. Durch den Einsatz dieser Technologien wird das herkömmliche GPS ersetzt.
LiDAR-Sensor ermöglicht autonomes Ausweichen der „Autodrohne
Die „Autodrohne“ verfügt über einen LiDAR-Sensor, der mit einem Laser-Scanner Hindernisse wie Wände, Regale oder Maschinen erkennt. Durch diese Erkennungsfunktion kann die Drohne autonom ausweichen und eine sichere Navigation gewährleisten.
Autonome „Autodrohne“ erkundet Umgebung und erstellt 3D-Karte
Die „Autodrohne“ beginnt ihren Flug mit nur begrenztem Wissen über ihre unmittelbare Umgebung. Während des Fluges erkundet sie den Raum schrittweise und erstellt dabei automatisch eine 3D-Karte in einem Raster. Hierbei werden zwei Algorithmen verwendet: Der A*-Algorithmus plant die Flugroute, während ein speziell entwickelter Punktwolkenfilter die Randbereiche der Karte erkennt und zwischen festen Grenzen und offenen Rändern unterscheidet.
Die Drohne nutzt ein systematisches Navigationsverfahren, um von ihrer aktuellen Position zu einem vordefinierten Zielpunkt am Rand des Raumes zu gelangen. 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 erforschen. Ein praktisches Beispiel für diese Technologie ist die Erfassung von Fabriklayouts, bei der die Drohne autonom ein virtuelles Modell erstellt, das als Grundlage für Fabrikplanungsprojekte dienen kann.
Herausforderungen bei der industriellen Nutzung autonomer Drohnen
Die Entwicklung autonomer Drohnen hat im Forschungsumfeld bereits beachtliche Fortschritte gemacht, doch bevor sie in der industriellen Praxis eingesetzt werden können, müssen noch einige Schwierigkeiten überwunden werden. Eine der größten Herausforderungen ist die geringe Elektromagnetische Verträglichkeit einiger Navigationssensoren, die zu Einschränkungen der Navigationsfähigkeit führen kann. Weitere Forschung und Entwicklung sind erforderlich, um diese Sicherheitshürden zu überwinden.
Die Navigationsfähigkeit der Indoor-Drohne kann durch Elektromotoren, stromdurchflossene Leiter oder größere Metallansammlungen beeinträchtigt werden, was zu einem potenziellen Absturz führen kann. In Industrieumgebungen sind solche elektromagnetischen Störungen jedoch unvermeidbar. Daher ist es notwendig, weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchzuführen, um Indoor-Drohnen zu entwickeln, die für den industriellen Einsatz geeignet, autonom fliegend und sicher sind.
Autonomes Fliegen in unbekannten Innenräumen
Die „Autodrohne in der Produktion“ des IPH ermöglicht autonomes Fliegen in unbekannten Innenräumen und eröffnet damit neue Möglichkeiten. Durch ihre innovative Navigationstechnologie und das automatisierte Kollisionsvermeidungssystem kann die Drohne sicher und eigenständig in Industrieumgebungen operieren. Sie kann unbekannte Räume erkunden und dadurch beispielsweise die virtuelle Modellierung von Fabrikhallen ermöglichen. Obwohl noch weitere Forschung und Entwicklung nötig sind, um die Sicherheitsprobleme zu lösen, ist die „Autodrohne“ ein vielversprechender Schritt in Richtung einer effizienten Indoor-Navigation.
