Sicheres autonomes Flugrobotersystem für den Einsatz im Produktions- und Logistikumfeld

Safe autonomous flying robot system for use in production and logistics environments

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-236724
  • Unbemannte Luftfahrzeuge bieten ein hohes Einsatzpotential für die automatisierte Durchführung von Inventur-, Inspektions- und Vermessungsprozessen und können Transportprozesse flexibilisieren. Der übergeordnete Forschungsgegenstand dieser Dissertationsschrift ist daher die Erforschung eines autonomen Flugrobotersystems (AFRS) für den Einsatz im Produktions- und Logistikumfeld. Hierfür wird zunächst eine Gesamtsystemarchitektur für ein AFRS vorgestellt, welche den aus dem industriellen Anwendungsfeld entstehenden Anforderungen gerecht wird und die zur Realisierung eines vollautomatisierten Flugbetriebs notwendigen Systemkomponenten, Fähigkeiten und Schnittstellen bietet. Zusätzlich werdenUnbemannte Luftfahrzeuge bieten ein hohes Einsatzpotential für die automatisierte Durchführung von Inventur-, Inspektions- und Vermessungsprozessen und können Transportprozesse flexibilisieren. Der übergeordnete Forschungsgegenstand dieser Dissertationsschrift ist daher die Erforschung eines autonomen Flugrobotersystems (AFRS) für den Einsatz im Produktions- und Logistikumfeld. Hierfür wird zunächst eine Gesamtsystemarchitektur für ein AFRS vorgestellt, welche den aus dem industriellen Anwendungsfeld entstehenden Anforderungen gerecht wird und die zur Realisierung eines vollautomatisierten Flugbetriebs notwendigen Systemkomponenten, Fähigkeiten und Schnittstellen bietet. Zusätzlich werden Methoden zur präzisen, aufgabenangepassten Lokalisierung der autonomen Flugroboter (AFR) erforscht und Redundanzanforderungen berücksichtigt. Den zweiten Forschungsgegenstand bildet die Entwicklung eines geeigneten Luftraummanagement- und Routenplanungssystems. Unter Berücksichtigung des dreidimensionalen Arbeitsraums und der vorherrschenden Platzverhältnisse sollen dabei unter vorgegebenen Bedingungen optimale Flugpfade für die AFR bestimmt und gleichzeitig Kollisionen während des fehlerfreien Flugs zuverlässig ausgeschlossen werden. Der dritte Teil der vorliegenden Arbeit umfasst die Erforschung und Umsetzung einer umfassenden Sicherheitsarchitektur für den Einsatz von AFR unter Berücksichtigung von Redundanz- und Sicherheitsanforderungen. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung einer Methode zur Prädiktion, Erkennung und Maskierung von Systemfehlern. Weiterhin wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht, während des Flugs Personen im Umfeld der AFR zu erkennen und das Flugverhalten der AFR in geeigneter Weise anzupassen. Abschließend wird ein leistungsfähiges AFRS umgesetzt und dieses anhand von umfassenden Simulationen sowie von Flugversuchen im Laborumfeld und unter realen Anwendungsbedingungen evaluiert. Die Evaluationsergebnisse validieren die theoretischen Forschungsinhalte und demonstrieren die Leistungsfähigkeit des erforschten AFRS.show moreshow less
  • Unmanned aerial vehicles offer a high application potential for the automated execution of inventory, inspection and surveying processes and can make transport processes more flexible. Therefore, the overall research topic of this dissertation thesis is the investigation of an autonomous aerial robot system (AFRS) for use in production and logistics environments. For this purpose, an overall system architecture for an AFRS is presented, which meets the requirements arising from the industrial application field and provides the system components, capabilities and interfaces necessary for the realization of fully automated flight operations. In addition, methods for precise, task-adaptedUnmanned aerial vehicles offer a high application potential for the automated execution of inventory, inspection and surveying processes and can make transport processes more flexible. Therefore, the overall research topic of this dissertation thesis is the investigation of an autonomous aerial robot system (AFRS) for use in production and logistics environments. For this purpose, an overall system architecture for an AFRS is presented, which meets the requirements arising from the industrial application field and provides the system components, capabilities and interfaces necessary for the realization of fully automated flight operations. In addition, methods for precise, task-adapted localization of autonomous flying robots (AFR) are researched and redundancy requirements are taken into account. The second research topic is the development of a suitable airspace management and route planning system. Taking into account the three-dimensional workspace and the prevailing space conditions, the aim is to determine optimal flight paths for the AFR under specified conditions while reliably excluding collisions during error-free flight. The third part of the research involves the end-to-end consideration of redundancy and safety requirements and the research and implementation of a comprehensive safety architecture for the use of AFR. The focus is on developing a method for predicting, detecting, and masking system failures. Furthermore, a method is presented to detect persons in the AFR environment during flight and to adapt the flight behavior of the AFR in an appropriate way. Concluding, a productive AFRS is implemented and evaluated by means of comprehensive simulations as well as flight tests in the laboratory environment and under real application scenarios. The evaluation results validate the theoretical research content and demonstrate the performance of the researched AFRS.show moreshow less

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Metadaten
Author:Markus Lieret
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-236724
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-669-5
ISBN:978-3-96147-669-5
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (428)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Sebastian Müller, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Jörg Franke, Peter Nyhuis
Advisor:Jörg Franke
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2023
Date of online publication (Embargo Date):2023/07/25
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2023/01/23
Release Date:2023/07/26
Tag:Personenerkennung; Redundanz; Routenplanung; Systemarchitektur; autonomer Flugroboter; autonomes Flugrobotersystem
SWD-Keyword:Drohne; Autonomes System; Softwarearchitektur; Bahnplanung; Funktionssicherheit; Fehlererkennung; Intralogistik; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xix, 198 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-668-8
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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