Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Autonomer Drohnenflug im Produktionsumfeld zur logistischen Prozessunterstützung

Das Forschungsvorhaben befasst sich mit der Verwendung von autonomen Multikoptersystemen (MKS) für die logistische Prozessunterstützung. Autonom bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das MKS anhand von Algorithmen zur Routenplanung und Kollisionsvermeidung selbst eine Flugroute bestimmt und diese kontinuierlich unter Berücksichtigung der Sicherheit und äußeren Störgrößen prüft. Das MKS soll exemplarisch für den Anwendungsfall der Erfassung eines 3D-Fabriklayouts entwickelt werden. Fabriklayouts spielen in der Logistik eine wichtige Rolle, da sie umfassende Informationen über alle planungsrelevanten Größen in der Produktion enthalten. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können die Vorteile eines 3D-Fabriklayouts aktuell noch nicht nutzen, da ihnen zum einen das Know-how über die Erstellung fehlt und zum anderen keine kontinuierliche Dokumentation über Veränderungen im Fabriklayout vorliegt.

Die Hauptproblemstellung für das Vorhaben stellt der autonome und sichere Flug innerhalb von Gebäuden dar. Für die Lösung dieser Problemstellung soll zunächst ein Indoor-Sicherheitskonzept anhand von verwandten Gesetzgebungen sowie Leitlinien aus dem Outdoor-Bereich und ähnlichen Technologien wie bspw. Fahrerlosen Transportsystemen entwickelt werden. Das Sicherheitskonzept dient anschließend als Grundlage für die Auswahl von Hardware wie bspw. Multikopter, Sensoren und die Entwicklung von Algorithmen. Die Algorithmen sollen das MKS befähigen autonom in einer unbekannten Indoor-Umgebung eine vollständige digitale Umgebungskarte zu erstellen. Diese Karte kann im Anschluss für Planungszwecke wie bspw. für die Routenplanung für bodengebundene Fahrzeuge, für das Erstellen von Raumbuchplänen oder für das Prüfen von Transportwegen auf Hindernisse genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Für Fabrikplanungsprojekte sind als Datengrundlage Fabriklayoutscans notwendig. Diese stellen aufgrund eines hohen monetären und zeitlichen Aufwands häufig ein Hemmnis für KMU dar. Mit dem Ziel dieses Hemmnis zu überwinden, wurde in diesem Forschungsvorhaben Pionierarbeit geleistet, um den Fabriklayoutscan mittels Multikoptersystem (MKS) zu automatisieren. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde ein Sicherheitskonzept für den industriellen Einsatz von MKS innerhalb von Produktions- und Logistikumgebungen, ein MKS-Demonstrator für den GNSS-freien Betrieb innerhalb von Fabrikgebäuden und Algorithmen zur Routenplanung und kollisionsfreien Navigation entwickelt. Das Sicherheitskonzept vermittelt eine Orientierung bei der Entwicklung von MKS und kann als Leitfaden für den sicheren Betrieb von MKS verstanden werden. Mit dem MKS-Demonstrator wurde die technische Machbarkeit eines MKS für den GNSS-freien Betrieb innerhalb von Gebäuden demonstriert und die notwendige Hardware für den Aufbau beschrieben. Die Algorithmen zur Routenplanung und kollisionsfreien Navigation bieten erstmals eine frei verfügbare Lösung zur Erkundung von unbekannten Umgebungen.

Insgesamt überschreitet das entwickelte System bzw. die einzelnen Teilsysteme nicht den experimentellen Status und sind damit nicht direkt in Anwendungen einzusetzen. Einen großen Nutzen finden die Forschungsergebnisse bei der Vorentwicklung von Produkten und Dienstleistungen für den allgemeinen MKS-Einsatz in der Industrie, einen MKS-Einsatz innerhalb von Fabrikgebäuden und generell für intelligente 3D-Erkudung in unbekannten Umgebungen. Mit den Forschungsergebnissen wurde die Machbarkeit der einzelnen Teilsysteme bewiesen und fortgeschrittenes Wissen aufgebaut.