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Die Integration von Drohnenplattformen in Fahrzeuge hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Insbesondere im Bereich der Logistik und für Überwachungszwecke werden Drohnen zunehmend in Verbindung mit Fahrzeugen eingesetzt, um flexible und effiziente Lösungen zu bieten. Dennoch sind viele der derzeit erhältlichen Lösungen mit Problemen behaftet, die die Nutzung solcher Drohnenplattformen beeinträchtigen können.
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Ein zentrales Problem besteht in der präzisen Ortung der Drohnenplattform beim Landen oder Starten. Bei herkömmlichen Ansätzen wird häufig auf die letzte bekannte GPS-Position der Drohnenplattform zurückgegriffen. Dieses Verfahren ist jedoch fehleranfällig, da sich die Plattform oft auf einem fahrenden Fahrzeug befindet, was eine präzise Rückkehr zum Startpunkt erschwert. Die GPS-Daten, die während des Starts aufgezeichnet wurden, sind oft nicht mehr exakt genug, um eine präzise Landung zu gewährleisten, wenn sich die Drohnenplattform durch die Bewegung des Fahrzeugs bereits an einem anderen Ort befindet.
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Darüber hinaus sind grafische Erkennungsmethoden, bei denen spezifische Muster auf der Drohnenplattform erkannt werden, nicht immer zuverlässig, da Umgebungsbedingungen wie Wetter, Lichtverhältnisse und/oder Verschmutzung die Identifikation erschweren können. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der genauen Positionierung der Drohne über der Drohnenplattform und kann dazu führen, dass die Drohne außerhalb der vorgesehenen Akzeptanzzone landet.
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Diese Schwierigkeiten verdeutlichen den Bedarf an einer neuen Lösung, die eine präzise Ortung der Drohnenplattform und damit ein sicheres Landen und Starten der Drohne ermöglicht, selbst wenn die Drohnenplattform auf einem fahrenden Fahrzeug montiert ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, eine verbesserte Drohnen-Start- und Landeanordnung für Fahrzeuge zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Drohnen-Start- und Landeanordnung für Fahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen:
- Drohnen-Start- und Landeanordnung für ein Fahrzeug, umfassend eine Drohnenplattform, die auf dem Fahrzeugdach montierbar ist und mindestens einen Plattform-Netzwerk-Anker aufweist, der an der Drohnenplattform vorgesehen ist; eine Drohne, die mindestens einen Drohnen-Netzwerk-Anker aufweist, der ausgebildet ist, mit dem mindestens einen Plattform-Netzwerk-Anker über das Netzwerk zu kommunizieren; wobei die Drohne beim Annähern an die Drohnenplattform über das Netzwerk mit der Drohnenplattform verbunden wird, das Netzwerk zur Lokalisierung der Drohne verwendet wird, und eine berechnete Rückflugroute erstellt wird, um die Drohne in eine vordefinierte Akzeptanzzone der Drohnenplattform zu führen, wobei das Netzwerk als ein BLE- und/oder UWB-Netzwerk ausgebildet ist.
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Die Verwendung von UWB (Ultra-Wideband) für die Entfernungsmessung bietet eine hohe Präzision, die für eine sichere und genaue Landung der Drohne notwendig ist. Diese Präzision wird durch die hohe Genauigkeit von UWB erreicht, die Abstände im Zentimeterbereich messen kann. BLE (Bluetooth Low Energy) ergänzt dies durch eine energieeffiziente Methode zur Verbindung und Datenübertragung zwischen der Drohne und der Drohnenplattform. Die Kombination dieser beiden Technologien ermöglicht eine stabile und kontinuierliche Kommunikation, was die Zuverlässigkeit der Anordnung erhöht.
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Da die Drohnenplattform auf dem Fahrzeugdach montiert ist, bewegt sie sich mit dem Fahrzeug. Die kontinuierliche Positionsbestimmung mittels BLE und UWB ermöglicht es der Drohne, ihre Landeposition dynamisch an die Bewegungen des Fahrzeugs anzupassen. Dies ist besonders wichtig, wenn das Fahrzeug in Bewegung ist und die Drohne präzise landen muss.
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Die Kombination von BLE und UWB bietet eine erhöhte Kommunikationssicherheit. Falls ein Netzwerk ausfällt oder gestört ist, kann das andere Netzwerk weiterhin die notwendige Datenübertragung gewährleisten. Diese Redundanz erhöht die Zuverlässigkeit und Robustheit der gesamten Anordnung.
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BLE ist bekannt für seinen geringen Energieverbrauch, was die Betriebszeit der Drohne und der Drohnenplattform verlängert. Die Drohne kann BLE für eine initiale Verbindung nutzen und UWB für die hochpräzise Lokalisierung, wodurch der Energieverbrauch optimiert wird.
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Die Drohnenplattform ist auf dem Fahrzeugdach montierbar, und bietet eine stabile Basis für die Drohne zum Starten und Landen.
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Der Plattform-Netzwerk-Anker ist entscheidend für die Kommunikation und Lokalisierung der Drohne. Er ermöglicht eine präzise Positionierung, die notwendig ist, um die Drohne sicher und genau landen zu lassen.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bietet eine innovative Lösung für die Integration von Drohnen in Fahrzeugen. Die Kombination von BLE und UWB zur Kommunikation und Lokalisierung gewährleistet eine präzise Landung, erhöhte Sicherheit und Energieeffizienz. Die einfache Integration und Montage sowie die kontinuierliche Positionsaktualisierung machen diese Drohnen-Start- und Landeanordnung zu einer vielseitigen und benutzerfreundlichen Lösung für verschiedene Anwendungsbereiche.
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Die Begriffe „Drohnen-Netzwerk-Anker“ und „Plattform-Netzwerk-Anker“ beziehen sich auf spezifische Komponenten innerhalb der Drohnen-Start- und Landeanordnung, die zur Kommunikation und präzisen Positionierung der Drohne verwendet werden. Diese Anker sind wesentliche Elemente, die die Funktionalität der Anordnung ermöglichen.
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Der Drohnen-Netzwerk-Anker ist eine Komponente, die auf der Drohne montiert ist und zur Kommunikation und Lokalisierung dient. Dieser Anker kann entweder als BLE (Bluetooth Low Energy)-Anker, UWB (Ultra-Wideband)-Anker oder als Kombination aus beiden ausgebildet sein.
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Der Drohnen-Netzwerk-Anker kommuniziert mit den entsprechenden Ankern auf der Drohnenplattform, um die Position der Drohne zu bestimmen und Daten auszutauschen.
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UWB bietet eine hochpräzise Entfernungsmessung, was entscheidend für die genaue Landung der Drohne ist. Diese Technologie kann Abstände im Zentimeterbereich messen, was eine exakte Positionierung ermöglicht.
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BLE bietet eine energieeffiziente Methode zur Datenübertragung, was die Betriebszeit der Drohne verlängert.
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Durch die Kombination von BLE und UWB wird eine stabile und zuverlässige Kommunikation gewährleistet. Falls eines der Systeme ausfällt oder gestört ist, kann das andere weiterhin die notwendige Datenübertragung sicherstellen.
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Der Plattform-Netzwerk-Anker ist eine Komponente, die auf der Drohnenplattform montiert ist und ebenfalls zur Kommunikation und Lokalisierung dient. Auch dieser Anker kann entweder als BLE-Anker, UWB-Anker oder als Kombination aus beiden ausgebildet sein.
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Der Plattform-Netzwerk-Anker empfängt Signale von den Drohnen-Netzwerk-Ankern und kommuniziert kontinuierlich mit der Drohne, um deren Position zu bestimmen. Diese Anker sind strategisch an der Drohnenplattform positioniert, um eine optimale Abdeckung und Signalstärke zu gewährleisten.
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Ferner sind Ultra-Wideband (UWB) und Bluetooth Low Energy (BLE) Technologien, die zunehmend in der Automobilindustrie zum Standard werden, insbesondere für Anwendungen, die präzise Lokalisierung und/oder effiziente Kommunikation erfordern. Ihre wachsende Integration in Fahrzeuge bietet mehrere Vorteile für die Implementierung einer Drohnen-Start- und Landeanordnung, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
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UWB ist bekannt für seine Fähigkeit, sehr genaue Entfernungsmessungen durchzuführen, was es ideal für Anwendungen macht, die eine präzise Lokalisierung benötigen. In Fahrzeugen wird UWB zunehmend für Schlüsselloses Zugangssysteme und Anti-Kollisionssysteme verwendet. Diese vorhandene Infrastruktur kann genutzt werden, um die Lokalisierung und Steuerung der Drohnen in Bezug auf die Drohnenplattform zu optimieren.
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BLE ist aufgrund seines geringen Energieverbrauchs und seiner Effizienz bei der Datenübertragung in vielen modernen Fahrzeugen standardmäßig vorhanden. Es wird unter anderem für die Verbindung zwischen mobilen Geräten und dem Fahrzeug-Infotainmentsystem eingesetzt. Diese Technologie kann leicht adaptiert werden, um die initiale Kommunikation zwischen der Drohnenplattform und der Drohne zu ermöglichen.
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Die Verwendung von UWB und BLE, die bereits in Fahrzeugen integriert sind, reduziert die Notwendigkeit, spezielle oder zusätzliche Hardware für die Drohnenplattform zu entwickeln und zu installieren. Dies senkt die Herstellungskosten und vereinfacht die Installation, da die bestehende Fahrzeugelektronik genutzt wird.
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Da viele Fahrzeuge bereits mit diesen Technologien ausgestattet sind, ist die Integration der Drohnen-Start- und Landeanordnung weniger komplex. Fahrzeughersteller können vorhandene Systeme und Protokolle nutzen, um die Funktionen zur Unterstützung der Drohnenoperationen zu erweitern, ohne grundlegend neue Technologien einführen zu müssen.
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Die Nutzung etablierter Kommunikationsstandards wie UWB und BLE erleichtert die Skalierbarkeit der Lösung über verschiedene Fahrzeugmodelle und Marken hinweg. Dies ermöglicht eine breitere Adoption und Anpassungsfähigkeit in der Fahrzeugindustrie.
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Durch die Nutzung bewährter und getesteter Technologien in der Automobilindustrie kann die Zuverlässigkeit der Drohnen-Start- und Landeanordnung erhöht werden.
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Zudem trägt die präzise Lokalisierung durch UWB zur Sicherheit bei der Drohnennavigation bei, insbesondere in komplexen oder dynamischen Umgebungen.
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Die Nutzung von UWB und BLE, die bereits als Kommunikationsstandards in modernen Fahrzeugen etabliert sind, ermöglicht somit eine kostengünstige, einfache und zuverlässige Realisierung der vorliegenden Drohnen-Start- und Landeanordnung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohnenplattform wie eine Dachbox des Fahrzeugs geformt. Die Drohnenplattform in Form einer Dachbox bietet mehrere Vorteile. Sie fügt sich nahtlos ins Fahrzeugdach ein, wodurch Luftwiderstand und Kraftstoffverbrauch gesenkt sowie Windgeräusche und Fahrstabilität verbessert werden. Der robuste Schutz vor Wettereinflüssen und Diebstahl macht sie sicher für die Drohne. Zusätzlich dient sie als zusätzlicher Stauraum, erleichtert die Montage und Demontage durch Standardbefestigungssysteme und ermöglicht schnelle Einsatzbereitschaft der Drohne für Notfälle oder Überwachungsaufgaben. Diese Eigenschaften machen die Drohnenplattform zu einer effizienten und wartungsfreundlichen Lösung für den Einsatz in Kombination mit Fahrzeugen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Plattform-Netzwerk-Anker der Drohnenplattform eine eigene Batterie zur Versorgung mit Strom auf. Die eigenständige Batterieversorgung des Plattform-Netzwerk-Ankers auf der Drohnenplattform bietet wesentliche Vorteile. Sie macht die Plattform unabhängig von der Fahrzeugbatterie, was wichtig ist, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist oder die Plattform die Fahrzeugbatterie überlasten würde. Dies schützt die Startfähigkeit des Fahrzeugs vor Beeinträchtigung durch Batterieentladung. Eine dedizierte Batterie verbessert zudem die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, da UWB- und BLE-Technologien für präzise Lokalisierung und Kommunikation eine konstante Stromversorgung benötigen. Zusätzlich ermöglicht sie eine optimierte Leistung und verlängerte Betriebsdauer, was besonders bei häufigen Starts und Landungen der Drohne vorteilhaft ist. Die Unabhängigkeit von der Fahrzeugelektrik erleichtert Installation und Wartung und ermöglicht den Einsatz zusätzlicher Sensoreinrichtungen und Geräte ohne weitere Belastung der Fahrzeugelektronik, was zukünftige Erweiterungen und Upgrades erleichtert. Insgesamt steigert eine eigenständige Batterie somit die operative Effizienz, Zuverlässigkeit, Wartungsfreundlichkeit und Flexibilität der Drohnenplattform.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Fahrzeugsteuereinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, Steuerbefehle zur Drohnenplattform zu senden, um die Drohne starten und landen zu lassen. Die Integration einer Fahrzeugsteuereinheit in die Drohnenplattform ermöglicht eine zentralisierte Steuerung der Drohnenoperationen, was die Koordination in dynamischen Umgebungen und Notfallsituationen verbessert. Diese Fahrzeugsteuereinheit unterstützt automatisierte Abläufe, die menschliche Interaktion minimieren und die Nutzerfreundlichkeit erhöhen, während sie die Sicherheit durch präzise Kontrolle des Drohnenstarts und der Landung verbessert. Weiterhin ermöglicht die Fahrzeugsteuereinheit Echtzeitüberwachung und schnelle Reaktionen auf Veränderungen der Umweltbedingungen. Durch integrierte Diagnosetests wird die Betriebssicherheit erhöht, und ihre Programmierbarkeit gewährleistet Kompatibilität mit verschiedenen Drohnenmodellen und modularen Erweiterungen, wodurch eine Anpassung an veränderte Anforderungen möglich ist. Insgesamt erhöht dies die automatisierte, sichere und effiziente Nutzung von Drohnen, besonders in kommerziellen und industriellen Anwendungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohnenplattform ausgebildet, die aktuelle GPS-Position kontinuierlich an die Drohne zu senden, während sich die Drohne in der Nähe befindet oder ein Landemanöver einleitet. Die kontinuierliche Übermittlung der GPS-Position der Drohnenplattform an die Drohne steigert erheblich die Präzision, Sicherheit und Effizienz der Drohnenoperationen. Diese ständige Aktualisierung ermöglicht es der Drohne, ihre Flugbahn präzise anzupassen, was insbesondere auf beweglichen Fahrzeugen von Vorteil ist, da es das Risiko von Fehllandungen reduziert. Zudem erlaubt es eine dynamische Anpassung der Flugroute, um die effizientesten Pfade zu wählen, und steigert die Autonomie der Drohne, indem es fortlaufend notwendige Positionsdaten liefert. Dies unterstützt komplexe Navigationsalgorithmen für eine bessere Flugsteuerung und ermöglicht die effiziente Koordination mehrerer Drohnen, was Kollisionen verhindert und die allgemeine Betriebseffizienz verbessert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohnenplattform während der Produktion mit spezifischen Parametern für den Plattform-Netzwerk-Anker konfigurierbar, um eine präzise Landung der Drohne zu gewährleisten. Die Konfiguration der Drohnenplattform umfasst die Integration von UWB- und BLE-Ankern, die als Kommunikations- und Positionsbestimmungspunkte dienen. Diese Anker werden während der Produktion präzise kalibriert, indem Sendeleistung, Empfangsempfindlichkeit, Frequenzen, Zeitintervalle und/oder Übertragungsprotokolle spezifisch eingestellt werden. Diese Konfiguration ermöglicht es der Drohne, exakte Positionsdaten zu erhalten und präzise zu navigieren, was zu einer genauen Landung führt. Die technischen Vorteile dieser Einstellung beinhalten eine erhöhte Präzision und Sicherheit bei Landungen, zuverlässige und energieeffiziente Kommunikation, minimiertes Risiko von Fehlfunktionen, und die Flexibilität, die Plattform an verschiedene Drohnenmodelle oder Einsatzszenarien anzupassen. Diese Anpassungen verbessern die allgemeine Effektivität und Sicherheit von Drohnenoperationen und unterstützen deren Skalierbarkeit in kommerziellen und industriellen Anwendungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Akzeptanzzone der Drohnenplattform während der Produktion definiert, um sicherzustellen, dass die Drohne in einem vordefinierten Bereich auf der Drohnenplattform landet. Während der Produktion der Drohnenplattform wird eine spezielle Akzeptanzzone definiert, die durch Markierungen, Sensoren und Materialien abgegrenzt ist, um präzise Lokalisierungsdaten zu liefern. Die Steuerungssysteme von Plattform und Drohne sind darauf programmiert, die Drohne genau in dieser Zone landen zu lassen. Dies steigert die Landesicherheit, verbessert die Präzision der Landung, minimiert das Kollisionsrisiko und macht den Betrieb effizienter, da manuelle Steuerungen reduziert werden. Zudem ermöglicht die klar definierte Akzeptanzzone eine bessere Planung von Wartung und Service und erhöht die Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit der Plattform. Insgesamt trägt die Akzeptanzzone wesentlich zur Zuverlässigkeit und Sicherheit der Drohnenoperationen bei, besonders in anspruchsvollen oder dynamischen Umgebungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohne ausgebildet, in der Akzeptanzzone der Drohnenplattform zu landen, wenn die berechnete relative Position der Drohne innerhalb der vordefinierten Parameter liegt. Diese Ausführungsform beschreibt ein präzises Landeverfahren für Drohnen, das eine sichere Landung innerhalb einer spezifisch definierten Akzeptanzzone auf einer Drohnenplattform gewährleistet. Das Verfahren setzt auf die sorgfältige Definition und Implementierung von Parametern, die die relative Position der Drohne zur Plattform bestimmen, wie Abstand, Höhe und Geschwindigkeit. Während des Anflugs erfasst die Drohne kontinuierlich ihre Position, die mittels Algorithmen in Echtzeit analysiert wird, um die Flugbahn entsprechend anzupassen und eine präzise Landung zu gewährleisten. Die Vorteile dieses Systems umfassen eine hohe Landepräzision und -sicherheit, die effiziente Raumausnutzung auf der Plattform, die Reduzierung manueller Eingriffe durch Automatisierung des Landeprozesses, sowie die Anpassungsfähigkeit der Technologie an verschiedene Drohnentypen und - größen. Dies verbessert die Betriebsbereitschaft der Drohne und ist insbesondere für komplexe Einsätze wie kommerzielle Lieferungen oder Notfallmaßnahmen entscheidend.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohne ausgebildet, die relative Entfernung zu dem Plattform-Netzwerk-Anker der Drohnenplattform während der Landung kontinuierlich zu berechnen und mit den vordefinierten Parametern zu vergleichen. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Drohne derart ausgebildet, dass sie während des Landevorgangs die relative Entfernung zu einem spezifischen Ankerpunkt auf der Drohnenplattform - dem Plattform-Netzwerk-Anker - kontinuierlich ermittelt. Diese Daten werden in Echtzeit mit vordefinierten Parametern verglichen, die idealerweise die optimale Position für die Landung festlegen.
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Die Drohne nutzt integrierte Sensoren und Kommunikationstechnologien wie Ultra-Wideband (UWB) oder Bluetooth Low Energy (BLE), um präzise und fortlaufend ihre Entfernung zum Plattform-Netzwerk-Anker zu messen. Diese Entfernungsdaten werden dann mit den voreingestellten Parametern verglichen, die als Teil der Drohnensoftware programmiert sind. Diese Parameter definieren die genauen Anforderungen für eine sichere Landung, wie z.B. die spezifische Position und Höhe auf der Drohnenplattform. Basierend auf diesem Vergleich passt die Drohne automatisch ihre Flugbahn an, um sicherzustellen, dass sie exakt innerhalb des vorgesehenen Bereichs landet. Die ständige Überwachung und Anpassung der Flugbahn in Bezug auf die relative Position zum Plattform-Netzwerk-Anker minimiert das Risiko von Fehllandungen und erhöht die Genauigkeit der Landung. Durch die genaue Abstimmung der Landung nach vorgegebenen Parametern wird das Risiko von Kollisionen mit der Drohnenplattform oder anderen Hindernissen auf oder in der Nähe der Drohnenplattform verringert. Die Automatisierung des Landeprozesses durch präzise Entfernungsmessungen und Parameterabgleich beschleunigt den Landevorgang und macht ihn effizienter, indem manuelle Korrekturen und Eingriffe minimiert werden. Diese Funktionsweise ermöglicht es der Drohne, weitgehend autonom zu operieren, da sie selbstständig entscheidet, wie sie sich an die idealen Landebedingungen anpasst. Die Technologie erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen und Plattformkonfigurationen, was die Drohne für eine breite Palette von Anwendungen geeignet macht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohnenplattform ausgebildet, eine Rückflugroute basierend auf der berechneten Entfernung der Drohne zu dem Plattform-Netzwerk-Anker zu erstellen, um die Drohne in die Mitte der Drohnenplattform zu führen. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Drohnenplattform speziell dafür konzipiert, eine Rückflugroute zu generieren, die auf der während des Fluges berechneten Entfernung der Drohne zu einem spezifischen Punkt - dem Plattform-Netzwerk-Anker - basiert. Ziel ist es, die Drohne präzise in die Mitte der Drohnenplattform zu leiten.
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Die Drohnenplattform nutzt UWB (Ultra Wideband), um die genaue Position der Drohne in Echtzeit zu bestimmen. Diese Entfernungsinformationen werden verwendet, um eine optimale Flugroute zurück zur Drohnenplattform zu berechnen. Diese Route sorgt dafür, dass die Drohne gezielt und genau in der Mitte der Drohnenplattform landet, indem sie die Flugrichtung, Geschwindigkeit und Höhe der Drohne entsprechend anpasst. Die Route wird fortlaufend aktualisiert, basierend auf den neuesten Positionsdaten, um Anpassungen in Echtzeit zu ermöglichen und präzise Landungen sicherzustellen. Die präzise Berechnung und Anpassung der Rückflugroute gewährleisten, dass die Drohne exakt in der Mitte der Drohnenplattform landet, was die Sicherheit und Stabilität bei der Landung erhöht. Die genaue Landung in der Drohnenplattformmitte vermeidet Schäden an der Drohne und potenzielle Systemausfälle, wodurch die Betriebsbereitschaft und Zuverlässigkeit der Drohnenplattform erhöht werden. Diese Funktionalität ermöglicht es der Drohne, auch unter schwierigen Bedingungen oder bei Bewegungen der Drohnenplattform präzise zu landen. Zusammenfassend ermöglicht diese Ausführungsform eine hochpräzise, sichere und effiziente Rückkehr und Landung der Drohne, was besonders wichtig für den Einsatz in komplexen und dynamischen Umgebungen ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drohne ausgebildet, sich beim Annähern an die Drohnenplattform zuerst mittels BLE zu verbinden, und dann UWB zur Lokalisierung der Drohne zu aktivieren. Wenn sich die Drohne der Drohnenplattform nähert, etabliert sie zunächst eine BLE-Verbindung. BLE ist energieeffizient und ideal für die Einrichtung einer ersten drahtlosen Kommunikation. Diese Verbindung dient dazu, grundlegende Informationen zwischen der Drohne und der Drohnenplattform auszutauschen und die Drohne für die präzisere Lokalisierung vorzubereiten. Nach der initialen Verbindung aktiviert die Drohne zusätzlich UWB-Technologie, die eine sehr genaue Entfernungsmessung und Positionsbestimmung ermöglicht. UWB nutzt Zeitunterschiede der Signalankunft, um die genaue Position der Drohne relativ zur Drohnenplattform zu bestimmen, was für die präzise Navigation und Landung entscheidend ist. Durch die Verwendung von BLE für die anfängliche Verbindung wird der Energieverbrauch der Drohne optimiert, da BLE weniger Energie verbraucht als andere drahtlose Kommunikationstechnologien. Der Einsatz von UWB nach der BLE-Verbindung sorgt für eine hochpräzise Lokalisierung, die notwendig ist, um die Drohne genau auf der Drohnenplattform zu positionieren und sicher zu landen. Die genaue Lokalisierung durch UWB minimiert das Risiko von Kollisionen mit der Drohnenplattform oder anderen Objekten in der Nähe, indem sie sicherstellt, dass die Drohne genau weiß, wo sie sich befindet und wo sie landen muss. BLE ermöglicht einen schnellen und zuverlässigen initialen Verbindungsaufbau, der es der Drohne erleichtert, schnell die UWB-Technologie zu aktivieren. Dies ist besonders vorteilhaft in dynamischen oder komplexen Umgebungen. Die Kombination von BLE und UWB ermöglicht eine fein abgestimmte Steuerung des Annäherungs- und Landungsprozesses, was die Gesamteffizienz und Zuverlässigkeit der Drohnenoperationen verbessert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Plattform-Netzwerk-Ankern vorgesehen, die an den Rändern der Drohnenplattform angeordnet sind. Die Plattform-Netzwerk-Anker, die UWB (Ultra-Wideband) und/oder BLE (Bluetooth Low Energy) Technologien nutzen, sind insbesondere an den äußersten Rändern der Drohnenplattform angebracht. Diese Anordnung maximiert die Abdeckung und verbessert die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Drohne, da von allen Seiten Signale empfangen werden können. Durch die Positionierung der Plattform-Netzwerk-Anker an den Rändern wird sichergestellt, dass die Drohne aus jeder Richtung präzise Lokalisierungsdaten empfängt, was insbesondere bei der Annäherung und beim Landemanöver kritisch sein kann. Die umfassende Abdeckung durch die an den Rändern platzierten Plattform-Netzwerk-Anker ermöglicht eine genauere Positionsbestimmung der Drohne, was die Präzision bei der Landung signifikant verbessert. Dies ist besonders wichtig in anspruchsvollen Umgebungen oder wenn die Drohnenplattform auf einem sich bewegenden Objekt wie einem Fahrzeug montiert ist. Die Verteilung der Plattform-Netzwerk-Anker an den Rändern minimiert zudem tote Winkel, in denen die Signalübertragung beeinträchtigt sein könnte, und sorgt für eine lückenlose Kommunikation und Ortung. Mit einer präzisen Lokalisierung und starker Signalabdeckung reduziert die Anordnung das Risiko von Fehllandungen und Kollisionen, indem sie eine genaue Navigation zur und auf der Drohnenplattform ermöglicht. Die verbesserte Lokalisierungs- und Kommunikationsfähigkeit führt zu einer effizienteren und zuverlässigeren Drohnenoperation, da Fehlerquellen durch unzureichende Datenverbindung minimiert werden. Diese Konfiguration kann ferner leicht auf unterschiedliche Plattformgrößen und -formen skaliert werden, was die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Einsatzszenarien und Drohnentypen erhöht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Drohnen-Start- und Landeanordnung ausgestattet. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Pkw, ein Lkw, ein Bus, ein Flugzeug oder ein Schiff sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drohnen-Start- und Landeanordnung.
- 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drohnen-Start- und Landeanordnung.
- 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm, dass eine beispielhafte Landung einer Drohne auf der Drohnen-Start- und Landeanordnung beschreibt.
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Sofern sinnvoll, lassen sich die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung könnten auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung umfassen.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile könnten im Hinblick auf die Zeichnungen ersichtlich sein.
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Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten.
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1 zeigt eine schematische Detailansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drohnen-Start- und Landeanordnung 100, und 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drohnen-Start- und Landeanordnung 100. Die Drohnen-Start- und Landeanordnung 100 für ein Fahrzeug 1 umfasst eine auf dem Fahrzeugdach 110 montierbare Drohnenplattform 120, die mit mindestens einem Plattform-Netzwerk-Anker 130 aufweist. Eine Drohne 170 mit einem entsprechenden Drohnen-Netzwerk-Anker 180 ist ausgebildet, über das Netzwerk, das BLE- und/oder UWB-Technologie umfasst, mit der Drohnenplattform 120 zu kommunizieren. Während des Annäherungsvorgangs wird die Drohne 170 über dieses Netzwerk mit der Drohnenplattform 120 verbunden und zur präzisen Lokalisierung genutzt. Zusätzlich wird eine Rückflugroute erstellt, die die Drohne 170 in eine vordefinierte Akzeptanzzone 200 der Drohnenplattform 120 leitet.
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Optional kann die Drohnenplattform 120 wie eine Dachbox des Fahrzeugs 1 geformt sein, um sich besser in das Gesamtbild des Fahrzeugs 1 zu integrieren. Für eine autarke Energieversorgung kann der Plattform-Netzwerk-Anker 130, oder die Plattform-Netzwerk-Anker 131 und 132, die in 2 dargestellt sind, mit einer eigenen Batterie 210 ausgestattet sein. Eine Fahrzeugsteuereinheit 160, die ebenfalls vorgesehen sein kann, ermöglicht das Senden von Steuerbefehlen zur Drohnenplattform 120, um die Drohne 170 zu starten und zu landen. Die Drohnenplattform 120 kann zudem ausgebildet sein, die aktuelle GPS-Position kontinuierlich an die Drohne 170 zu senden, insbesondere wenn sich diese in der Nähe befindet oder ein Landemanöver einleitet.
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Die Drohnenplattform 120 kann während der Produktion mit spezifischen Parametern für den Plattform-Netzwerk-Anker 130 konfigurierbar sein, um eine präzise Landung der Drohne 170 zu gewährleisten. Die Akzeptanzzone 200 der Drohnenplattform 120 wird dabei während der Produktion definiert, um sicherzustellen, dass die Drohne 170 in einem vordefinierten Bereich landet. Die Drohne 170 ist ausgebildet, in der Akzeptanzzone 200 zu landen, wenn die berechnete relative Position der Drohne 170 innerhalb der vordefinierten Parameter liegt.
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Die Drohne 170 ist zudem ausgebildet, die relative Entfernung zu dem Plattform-Netzwerk-Anker 130 während der Landung kontinuierlich zu berechnen und mit den vordefinierten Parametern zu vergleichen. Die Drohnenplattform 120 ist ausgebildet, eine Rückflugroute basierend auf der berechneten Entfernung der Drohne 170 zu dem Plattform-Netzwerk-Anker 130 zu erstellen, um die Drohne 170 in die Mitte der Drohnenplattform 120 zu führen.
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Ferner kann die Drohne 170 ausgebildet sein, sich beim Annähern an die Drohnenplattform 120 zuerst mittels BLE mit der Drohnenplattform 120 zu verbinden und dann UWB zur Lokalisierung der Drohne 170 zu aktivieren. Wie in 2 dargestellt ist, kann eine Vielzahl von Plattform-Netzwerk-Ankern 131 und 132 an den Rändern der Drohnenplattform 120 angeordnet sein, um eine verbesserte Kommunikations- und Lokalisierungsfunktion zu ermöglichen.
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm, dass eine Landung einer Drohne 170 auf der Drohnen-Start- und Landeanordnung 100 beschreibt. Der beispielhafte Landevorgang der Drohne 170 auf der Drohnen-Start- und Landeanordnung 100, wobei beide, die Drohne 170 und die Drohnenplattform 120, jeweils über einen Drohnen-Netzwerk-Anker 180 und einen Plattform-Netzwerk-Anker 130 verfügen, die ausgebildet sind, miteinander zu kommunizieren, kann beispielsweise in fünf Verfahrensschritten S100 bis S500 beschrieben werden.
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S100: Während sich die Drohne 170 der Drohnenplattform 120 nähert, nimmt sie mittels Bluetooth Low Energy (BLE), das durch den Drohnen-Netzwerk-Anker 180 unterstützt wird, eine initiale Kommunikation mit dem Plattform-Netzwerk-Anker 130 der Drohnenplattform 120 auf. Diese initiale Verbindung dient dazu, grundlegende Informationen auszutauschen und die Drohne 170 für die präzise Lokalisierung vorzubereiten.
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S200: Nach der erfolgreichen ersten Verbindung aktiviert die Drohne 170 die Ultra-Wideband (UWB) Technologie, unterstützt durch ihren Drohnen-Netzwerk-Anker 180, um die genaue Position der Drohne 170 relativ zur Drohnenplattform 120, welche den Plattform-Netzwerk-Anker 130 verwendet, zu bestimmen. UWB bietet hochpräzise Entfernungsmessungen und Positionsbestimmungen, die entscheidend sind, um die Drohne 170 korrekt über die vordefinierte Akzeptanzzone 200 zu navigieren.
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S300: Basierend auf den durch UWB erhaltenen präzisen Lokalisierungsdaten berechnet die Drohnenplattform 120 eine optimierte Rückflugroute. Diese Route ist derart konzipiert, dass die Drohne 170 genau in der Mitte der Drohnenplattform 120 landet, indem Flugrichtung, Geschwindigkeit und/oder Höhe der Drohne 170 dynamisch angepasst werden.
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S400: Sobald die Drohne 170 alle erforderlichen Parameter für eine sichere Landung - wie Ausrichtung und Position innerhalb der Akzeptanzzone 200 - erfüllt, leitet sie das Landemanöver ein. Die Drohne 170 folgt der berechneten Rückflugroute präzise, um eine genaue und sichere Landung in der Mitte der Drohnenplattform 120 zu gewährleisten.
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S500: Nach der Landung sendet die Drohne 170 eine Bestätigung an die Drohnenplattform 120, dass sie sicher gelandet ist und sich in der korrekten Position befindet. Anschließend wird die Kommunikation zwischen dem Drohnen-Netzwerk-Anker 180 der Drohne 170 und dem Plattform-Netzwerk-Anker 130 der Drohnenplattform 120 ordnungsgemäß beendet, um den Landevorgang abzuschließen.
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Dieser Landevorgang stellt sicher, dass die Drohne 170 effizient, sicher und präzise auf der Drohnen-Start- und Landeanordnung 100 landet, wodurch das Risiko von Fehllandungen minimiert und die Sicherheit des Gesamtsystems maximiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 100
- Drohnen-Start- und Landeanordnung
- 110
- Fahrzeugdach
- 120
- Drohnenplattform
- 130
- Plattform-Netzwerk-Anker
- 131
- Plattform-Netzwerk-Anker
- 132
- Plattform-Netzwerk-Anker
- 160
- Fahrzeugsteuereinheit
- 170
- Drohne
- 180
- Drohnen-Netzwerk-Anker
- 200
- Vordefinierte Akzeptanzzone
- 210
- Batterie der Drohnenplattform
- S100
- Verfahrensschritt
- S200
- Verfahrensschritt
- S300
- Verfahrensschritt