UdZ / Issue 02.24

SPECTRUM – APPLIED RESEARCH 82 / UdZ 02.24 Projektvorstellung Um Lösungen für die Indoor-Navigation in dynamischen Produktionsumgebungen zu erforschen, wurde das Forschungsprojekt SmartDroneWatch ins Leben gerufen. Es dient dazu, ein vollautonomes und hochflexibles drohnenbasiertes Überwachungssystem zu entwickeln. Dabei wird eine Drohne konzipiert, die mehrere Funktionen für die Indoor-Navigation integriert: Erstens werden Telemetrie- und Videostreaming-Fähigkeiten eingebaut, um Echtzeitdaten und visuelle Informationen zu erfassen und zu übertragen. Dies ist entscheidend für die kontinuierliche Überwachung und sofortige Reaktion auf Ereignisse. Zweitens wird die Drohne mit fortschrittlichen Lokalisierungstechnologien ausgestattet, um ihre genaue Position innerhalb der Überwachungsumgebung zu bestimmen. Dies ermöglicht eine präzise Navigation und Aufgabenplanung. Drittens werden Technologien zur Kollisionsvermeidung implementiert, um sicherzustellen, dass die Drohne Hindernisse in ihrer Umgebung erkennt und diesen sicher ausweicht. Dies ist besonders wichtig für den autonomen Betrieb in komplexen und dynamischen Umgebungen. Das Projekt wurde durch den FIR e. V. an der RWTH Aachen, die Emqopter GmbH und die DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH bearbeitet. Das FIR an der RWTH Aachen ist spezialisiert auf die Transformation der produzierenden Industrie. Als gemeinnützige, branchenübergreifende Forschungs- und Ausbildungseinrichtung ist das Institut ausgerichtet auf Themen der Betriebsorganisation und Unternehmens-IT. Die Emqopter GmbH wurde 2016 in Würzburg gegründet und arbeitet in dem Gebiet autonomer Technologien für unbemannte Flugroboter (Drohnen) in industriellen Anwendungen. Die Kernkompetenz des Unternehmens liegt in der präzisen Umgebungswahrnehmung, effizienten Signalverarbeitung und zuverlässigen Flugsteuerung. Die DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH, 2012 gegründet, ist ein Auftragsfertiger für Stahlblechprodukte und dient unter anderem zu Demonstrations- und Forschungszwecken im Themenfeld von Industrie 4.0. Projektergebnisse Am Anfang des Projekts stand eine umfassende Anforderungs- und Technologieanalyse, deren Ergebnisse den Grundstein für die Bauphase der Drohne legten; im zweiten Arbeitspaket wurde die Drohne entwickelt. Anschließend evaluierte das Konsortium in Testflügen unterschiedliche Technologien zur Navigation und Lokalisierung sowie zur Prüfung der Zuverlässigkeit der Drohne in der realen Produktionsumgebung der DFA. several functions for indoor navigation: First, telemetry and video streaming capabilities will be integrated to capture and transmit real-time data and visual information. This is crucial for continuous monitoring and immediate response to events. Second, the drone will be equipped with advanced localization technologies to determine its exact position within the surveillance environment. This enables precise navigation and task planning. Third, collision avoidance technologies are implemented to ensure that the drone recognizes and safely avoids obstacles. This is particularly important for autonomous operation in complex and dynamic environments. The project was carried out by FIR e. V. at RWTH Aachen University, Emqopter GmbH, and DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH. FIR at RWTH Aachen University specializes in the transformation of the manufacturing industry. As a non-profit, cross-industry research and training facility, the institute focuses on topics related to business organization and corporate IT. Emqopter GmbH was founded in 2016 in Würzburg and works in the field of autonomous technologies for unmanned flying robots (drones) in industrial applications. The company's core expertises are precise environment perception, efficient signal processing, and reliable flight control. DFA Demonstrationsfabrik Aachen GmbH, founded in 2012, is a contract manufacturer of sheet steel products and is used for demonstration and research purposes in the field of Industry 4.0, among others. Project Results The project began with a comprehensive analysis of requirements and technology, the results of which laid the foundation for the drone’s construction phase. The consortium then carried out test flights to evaluate various navigation and localization technologies and to test the reliability of the drone in the DFA's real-world production environment. Structure of the Drone The drone (see Figure 1) was developed by the company Emqopter. The drone has four electric motors, that drive the rotors and are controlled by a 4-in-1 electronic speed controller (ESC). This combination improves both flight stability and maneuverability. The drone is controlled by Pixhawk flight control. A stereo image sensing depth camera (Intel D455) is used for collision avoidance. The position is determined by a Garmin altitude lidar

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