UdZ 02.24 / 81 Die hohe Transportgeschwindigkeit kennzeichnet in Kombination mit einer großen Flexibilität das erhebliche Potenzial von Drohnen beim Einsatz in Innenräumen. Innerhalb des Produktionsumfeldes werden sie beispielsweise im manuellen Flug zur Inspektion von Maschinenzuständen eingesetzt.5 Ebenso wird an der Möglichkeit geforscht, Drohnen für den unregelmäßigen Transport von Kleinteilen zu nutzen.6 Sie eignen sich auch für sich wiederholende Aufgaben wie visuelle Inspektionen und Überwachung.7 Unter anderem setzt der Möbelkonzern IKEA mittlerweile auf Drohnen zur Inventur in Lagern. Auf diese Weise lässt sich der Lagerbestand tagesaktuell bestimmen.8 Herausforderungen der Indoor-Navigation Die Navigation von Drohnen funktioniert mittels Global Positioning System, kurz GPS, um die eigene Position zu bestimmen. Die Orientierung wird durch einen Magnetkompass gewährleistet. Diese Informationen über Position und Orientierung sind für die reibungsfreie Navigation unerlässlich, stehen allerdings in Innenräumen kaum zur Verfügung. Um Kollisionen zu vermeiden, werden üblicherweise Kamerasysteme verwendet; die Entfernung zwischen Objekten im Bildfeld wird mithilfe von Stereoskopie berechnet. Bei einer Produktionsumgebung handelt es sich typischerweise um einen geschlossenen Raum, in dem viel Beton und Metall vorzufinden ist. Dies stellt die Drohnenentwickler und -anwender vor einige Herausforderungen. Zum einen stören Wände und Dächer das für das GPS benötigte Satellitensignal, zum anderen stellen Gegenstände wie Lagerregale, Kräne oder Gabelstapler eine große Störquelle für Signale dar. Dies alles beeinflusst die Messdaten, die für die Bestimmung der Orientierung relevant sind. Aus diesem Grund bedarf es einer anderen Technologie zur Bestimmung der Position und der Orientierung. Eine Lösung für das Problem der Positionsbestimmung liegt in der Nutzung von ultrabreiten Frequenzbändern. Diese drahtlose Ortungstechnologie, die als Ultra Wideband Real Time Location System (UWB RTLS) bezeichnet wird, ermöglicht eine präzise Lokalisierung auch in geschlossenen Räumen. Diese Technologie nutzt kurze Impulse oder Puls-Sequenzen mit hohen Bandbreiten und bestimmt die Position mittels Laufzeitmessungen zwischen dem Sender und Empfänger. 5 s. Mutijarsa et al. 2022, S. 318 6 s. Szalanczi-Orban u. Vaczi 2022, S. 299–300 7 s. Maghazei u. Netland 2020, S. 1244 8 s. IKEA SCHWEIZ 2023 5 see Mutijarsa et al. 2022, p. 318 6 see Szalanczi-Orban u. Vaczi 2022, pp. 299–300 7 see Maghazei u. Netland 2020, p. 1244 8 see IKEA SCHWEIZ 2023 machine conditions.5 Research is also being conducted into the possibility of using drones for the infrequent transport of small parts.6 They are also suitable for repetitive tasks such as visual inspections and monitoring.7 For example, the furniture company IKEA, uses drones for stocktaking in warehouses. This makes it possible to determine stock levels on a daily basis.8 The Challenges of Indoor Navigation Drones navigate using the Global Positioning System (GPS) to determine their own position. Orientation is provided by a magnetic compass. This information about position and orientation is essential for smooth navigation but is rarely available indoors. To avoid collisions, camera systems are usually used; the distance between objects in the image field is calculated using stereoscopy. A production environment is typically an enclosed space where there is a lot of concrete and metal. This presents a number of challenges for drone developers and users. On the one hand, walls and roofs interfere with the satellite signal required for GPS, and on the other hand, objects such as storage racks, cranes or forklifts are a major source of signal interference. All of this affects the measurement data that is relevant for determining orientation. For this reason, a different technology is required to determine the position and orientation. One solution to the problem of position determination is the use of ultra-wide frequency bands. This wireless positioning technology, known as Ultra-Wideband RealTime Location System (UWB RTLS), enables precise localization even in enclosed spaces. This technology uses short pulses or pulse sequences with high bandwidths and determines the position based on timeof-flight measurements between the transmitter and receiver. Project Presentation The “SmartDroneWatch” research project was launched to investigate solutions for indoor navigation in dynamic production environments. The aim is to develop a fully autonomous and highly flexible drone-based monitoring system. This involves designing a drone that integrates
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