DE102021130335A1

DE102021130335A1 - Drohnensystem und Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts

Info

Publication number: DE102021130335A1
Application number: DE102021130335.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Bauer; Lucas Mager; Max Markus Mairle
Original assignee: TK Elevator Innovation and Operations GmbH
Current assignee: TK Elevator Innovation and Operations GmbH
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023088609A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drohnensystem (10) für einen Schacht (1), insbesondere einen Aufzugschacht, wobei das Drohnensystem (10) eine Drohne (2) und eine Lichtemissionseinrichtung (3) aufweist. Die Drohne (2) ist dazu eingerichtet, die dreidimensionale räumliche Ausgestaltung des Schachts (1) wenigstens teilweise zu erfassen sowie ein Verfahren (100) zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Drohnensystem für einen Schacht, insbesondere einen Aufzugschacht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts.
Gebäudewände weisen oftmals bedingt durch die jeweiligen Bauverfahren mehr oder weniger stark ausgeprägte Verwindungen bzw. Versätze auf. Dabei kann die Gebäudewand beispielsweise leicht geneigt oder nicht vollständig rechtwinklig zu einer weiteren Wand angeordnet sein. Diese Abweichungen stellen für viele Anforderungen vernachlässigbare Probleme dar, wie etwa für den Einbau von Fenstern oder Türen.
Jedoch sind diese Abweichungen beim Einbau von Schächten, insbesondere Aufzugschächten, nicht mehr vernachlässigbar, da die Schachtgeometrie hier auf teils mehrere hundert Meter im Wesentlichen ideal sein sollte. Bereits geringe Differenzen von vorgegebenen Maßen können über größere Distanzen beträchtliche Diskrepanzen hervorrufen. Ein Schacht wird dabei wenigstens teilweise durch eine Wand gebildet, meist jedoch durch mehrere Wände, welche den Schacht umrahmen.
Hersteller, Konstrukteure als auch Monteure von Schächten bzw. insbesondere Aufzugschächten gehen in der Regel mangels besserer Informationen von senkrechten Wänden bzw. rechtwinkligen Verbindungen zweier Wände aus, weshalb etwaige Abweichungen der Wände bei der Planung unberücksichtigt bleiben.
Erfüllen die realen Schächte diese Annahmen aber nicht in einem ausreichenden Maß, so führt dies beim Einbau zu Problemen, da angefertigte Bauteile nicht passen und vor Ort aufwendig und unter oftmals schlechten Rahmenbedingungen aufgrund nicht verfügbarer Werkzeuge angepasst werden müssen. Im schlimmsten Fall müssen ganze Bauteile aufgrund der Gegebenheiten neu konstruiert, gefertigt und nachgeliefert werden.
Um dieses Problem zu lösen gibt es bereits Konzepte, welche darauf abzielen, den Schacht zu vermessen, bevor beispielsweise ein Aufzug für diesen konstruiert und eingebaut wird, um bereits frühzeitig entsprechende Abweichungen der Schachtgeometrie festzustellen und berücksichtigen zu können.
Diese Konzepte weisen dabei auch Nachteile auf. Eine kostengünstige als auch schnelle Möglichkeit ist die Vermessung der realen Schachtgeometrie mittels einer Drohne, welche durch den Schacht navigiert wird und diesen dabei beispielsweise mittels einem dreidimensionalen Laserscanning (z.B. LI DAR; Abkürzung für „Light detection and ranging“) vermisst. Die so ermittelten Daten können anschließend in ein sehr genaues 3D-Modell überführt und für die Entwickler und Konstrukteure von z.B. Aufzuganlagen bereitgestellt werden. So können Abweichungen der Schachtgeometrie bereits bei der Konstruktion und folglich auch in der Fertigung und Montage entsprechend berücksichtigt werden.
Allerdings ist nachteilig an diesem Verfahren, dass die Drohne stets relativ zum Schacht orientiert ist und sich in diesem bewegt. So können zwar die Form des Schachts und dessen etwaige Verformungen an jeder Position ermittelt werden. Jedoch kann nicht unterschieden werden, ob der Schacht insgesamt Abweichungen aufweist oder nur die Drohne im Schacht seitlich driftet. Auch mit an oder in der Drohne angeordneten Lage- oder Beschleunigungssensoren können solche Abweichungen nicht ermittelt werden, da diese Sensoren prinzipbedingt selbst immer eine gewisse Drift aufweisen, wodurch die erwähnten Abweichungen nach wie vor nicht ausreichend bestimmbar sind.
Hiervon ausgehend stellt sich die Aufgabe, das Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Drohnensystem für einen Schacht, insbesondere einen Aufzugschacht, und ein Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen und zusätzliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung.
Nach einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Drohnensystem für einen Schacht, insbesondere einen Aufzugschacht, bereit. Ein Schacht kann ein Aufzugschacht oder ein Fahrstuhlschacht sein. Auch ein Kontroll-, Versorgungs-, Entsorgungs- oder Wartungsschacht ist vom Begriff „Schacht“ umfasst. Der Schacht ist im Allgemeinen mit Luft gefüllt, so dass sich eine Drohne in dem Schacht fortbewegen kann. Ein solches Drohnensystem umfasst eine Drohne und eine Lichtemissionseinrichtung, wobei die Drohne dazu eingerichtet ist, die dreidimensionale räumliche Ausgestaltung des Schachts wenigstens teilweise zu erfassen.
Die Lichtemissionseinrichtung ist für gewöhnlich in der Weise angeordnet, dass von ihr ausgestrahlte Lichtstrahlen innerhalb und in Richtung einer Längserstreckung des Schachts strahlen, wobei die Lichtemissionseinrichtung nicht zwingend innerhalb des Schachts angeordnet ist. Des Weiteren weist die Drohne eine Lichtdetektionseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Lichtstrahl, welcher von der Lichtemissionseinrichtung aussendbar ist, zu erfassen.
Durch die vorgeschlagene Lösung der Aufgabe wird vorteilhaft ein verbessertes Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts, kurz auch Schachtgeometrie, genannt, ermöglicht. Insbesondere liegt der Kerngedanke darin, ein Referenzlicht-System bereitzustellen, welches die Bestimmung der Drohnenposition innerhalb des Schachts relativ und absolut zu einer im Wesentlichen idealen Linie, welche dem durch die Lichtemissionseinrichtung erzeugten Lichtstrahl entspricht, durch den Schacht ermöglicht.
Nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts weist die Lichtdetektionseinrichtung wenigstens einen optischen Sensor, insbesondere eine Vielzahl von optischen Sensoren, zum Erfassen des Lichtstrahls der Lichtemissionseinrichtung auf. Mittels dieses optischen Sensors können besonders einfach die von der Lichtemissionseinrichtung ausgestrahlten Lichtstrahlen erfasst werden.
Vorzugsweise weist die Lichtdetektionseinrichtung der Drohne zwei oder mehrere optische Sensoren zum Erfassen der Lichtstrahlen auf, wobei diese auch als so genanntes Array angeordnet sein können. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Lichtstrahlen stets von der Drohne erfasst werden können, unabhängig von deren Position im Schacht. Ein Array von optischen Sensoren kann dabei insbesondere in einer Gitterstruktur angeordnet sein. Dabei sind die optischen Sensoren in einem im Wesentlichen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Muster, voneinander beabstandet angeordnet. Alternativ können auch andere geometrische Muster wie etwa eine Dreiecksstruktur oder ein Wabenmuster bestehend aus Sechsecken verwendet werden.
Ein optischer Sensor kann dabei an jeder potentiell möglichen Position am Gehäuse der Drohne angeordnet sein, z.B. am Boden der Drohne, welcher beim Starten oder Landen der Drohne für gewöhnlich dem Boden zugewandt ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein optischer Sensor auch an der vom Boden abgewandten Seite des Drohnengehäuses angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein optischer Sensor seitlich der Rotoren der Drohne angeordnet sein.
Die Lichtdetektionseinrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, direkte Lichtstrahlen, welche von der Lichtemissionseinrichtung ausgesendet werden, zu erfassen, d.h. ohne dass die Lichtstrahlen an Objekten innerhalb oder außerhalb des Schachts reflektiert wurden. Alternativ oder ergänzend kann die Lichtdetektionseinrichtung jedoch auch dazu eingerichtet sein, Lichtstrahlen der Lichtemissionseinrichtung, welche vom Schacht oder anderen Gegenständen reflektiert wurden, zu erfassen.
Auf diese Weise lassen sich nicht nur geometrische Verformungen relativ zur Position der Drohne innerhalb des Schachts, sondern auch relativ zu einem Referenzpunkt im Schacht und somit absolute Abweichungen des Schachts feststellen, welche wiederum in einem resultierenden 3D-Modell berücksichtigbar sind.
In einer Ausführungsform ist die Drohne dazu eingerichtet, sich durch den mittels des wenigstens einen optischen Sensors erfassten Lichtstrahl im Schacht zu orientieren. Durch die Referenzstrahlen der Lichtemissionseinrichtung kann die Drohne stets nicht nur ihre relative Position innerhalb des Schachts, sondern auch ihre absolute Position ermitteln, wodurch etwaige Neigungen der Drohne bestimmt und korrigiert werden können. Somit ist ein Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Schachts mittels der Drohne stets im Wesentlichen driftfrei und ohne Abweichungen umsetzbar.
In einer anderen Ausführungsform weist die Lichtemissionseinrichtung wenigstens einen Laser auf, welcher dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszusenden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Lichtdetektionseinrichtung auf die Wellenlänge der Lichtemissionseinrichtung einstellbar ist und andere Lichtstrahlen anderer Wellenlänge zum Erfassen der dreidimensionalen Ausgestaltung des Schachts im Wesentlichen unberücksichtigt bleiben. Dies erhöht die Genauigkeit dieses Vorgangs zusätzlich. Ferner weisen Laserstrahlen in der Regel eine höhere Intensität auf und sind streuarm. Dies ist vorteilhaft, je länger der zu vermessende Schacht ist. Beispielsweise können somit auch sehr lange Distanzen von mehreren 100 Metern wie etwa bei einem Hochhaus ohne nennenswerte Streuungen der Lichtstrahlen ermittelt werden, wobei die Abnahme der Lichtintensität im Vergleich zu anderen Lichtquellen im Wesentlichen vernachlässigbar bleibt.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Laser dazu eingerichtet, wenigstens zwei Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auszusenden. Durch Verwenden von zwei oder mehr Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge kann ermöglicht werden, dass abhängig von Gegebenheiten bei der Anwendung des Drohnensystems stets die zu bevorzugende Laserfarbe bzw. Wellenlänge des Laserstrahls verwendet wird. Beispielsweise ist es möglich, dass andere Lichtquellen die Detektion eines roten Laserstrahls in der Lichtdetektionseinrichtung verfälschen, wohingegen ein grüner Laserstrahl im Wesentlichen unverfälscht erfasst werden kann. Es kann ferner dadurch auch erreicht werden, dass der Drohne mittels der verwendeten Wellenlänge des Laserstrahls zusätzliche Informationen mitgeteilt werden können.
Nach einer anderen Ausführungsform ist der Laser dazu eingerichtet, einen gepulsten und/oder kontinuierlichen Laserstrahl auszusenden. Mittels eines gepulsten Lasers kann die Drohne beispielsweise ermitteln und abgleichen, mit welcher Geschwindigkeit sie sich von der Lichtemissionseinrichtung weg bzw. zu der Lichtemissionseinrichtung hin bewegt, was im Wesentlichen auf dem Prinzip des Doppler-Effekts beruht.
Auch kann es vorteilhaft sein, dass es sich um einen kontinuierlichen Laserstrahl handelt. Hierdurch kann besonders einfach der Abstand der Drohne zur Lichtemissionseinrichtung ermittelt werden, da mit größerem Abstand die Intensität eines auf einen optischen Sensor der Lichtdetektionseinrichtung strahlenden Laserstrahls abnimmt und die Drohne somit weitere Werte zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts, vorzugsweise die Intensität und indirekt damit einhergehend der Abstand der Drohne zur Lichtemissionseinrichtung, berücksichtigen kann.
Beispielsweise wird hierzu eine TOF (time off light) Kamera eingesetzt. Dazu wird ein Bereich mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die Kamera misst für jeden Bildpunkt die Länge der Zeit, die das Licht bis zu einem sich in dem Bereich befindenden Objekt und wieder zurück benötigt. Diese Zeit ist direkt proportional zur Distanz, die das Licht zum Objekt zurücklegt. Die Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung eines darauf abgebildeten Objekts.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Laser dazu eingerichtet, während des Betriebs einen im Wesentlichen in oder entgegensetzt zur Schwerkraft gerichteten Laserstrahl auszusenden.
Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Aufzugschächten von Gebäuden vorteilhaft. Durch die Lichtemissionseinrichtung als stationäres Gerät innerhalb oder außerhalb des Schachts, welches mit dem Laser im Wesentlichen senkrecht nach oben an die Schachtdecke bzw. nach unten zum Schachtboden strahlt, kann eine absolute vertikale Referenzlinie durch den Schacht für die Drohne definiert werden.
In einer anderen Ausführungsform weist die Lichtemissionseinrichtung eine Bewegungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Ausrichtung des Laserstrahls in der Weise zu verändern, dass der Laserstrahl zu wenigstens zwei verschiedenen Raumpunkten ausrichtbar ist.
Ein Raumpunkt im Sinne der Erfindung stellt dabei einen imaginären Zielpunkt innerhalb des Schachtes dar, welcher von dem Lichtstrahl, insbesondere Laserstrahl, fokussierbar ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Fokuspunkt des Laserstrahls für den Fall, dass der Schacht keine geraden Wände aufweist, auch dahingehend veränderbar ist, dass ein Raumpunkt, welcher in einem ersten Bereich innerhalb des Schachts nicht bestrahlbar ist, durch einen weiteren Raumpunkt ersetzt wird, sodass die Drohne den Schacht vollumfänglich ermitteln kann. Dies ist bei leicht gekrümmten oder gebogenen Schächten der Fall, wenn beispielsweise aufgrund von externen Witterungseinflüssen wie Sonneneinstrahlung oder starken Windböen Bereiche eines Aufzugschachts aufgrund von Verwindungen nicht im Wesentlichen gerade ausgebildet sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Lichtemissionseinrichtung wenigstens einen ersten Laser und einen zweiten Laser auf, wobei die Lichtemissionseinrichtung in der Weise eingerichtet ist, den Laserstrahl des ersten Lasers im Wesentlichen parallel zum Laserstrahl des zweiten Lasers während des Betriebs auszustrahlen.
Auf diese Weise kann auch eine Rotation des Schachts ermittelt werden, da die Drohne nun zwei Fixpunkte mittels der Lichtdetektionseinrichtung ermitteln kann. Somit kann die dreidimensionale Erfassung der Schachtgeometrie genauer ermittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtemissionseinrichtung mit der Drohne über eine drahtlose Kommunikationsverbindung verbindbar. Durch die Kommunikationsverbindung können Informationen zwischen der Drohne und der Lichtemissionseinrichtung ausgetauscht werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Drohne der Lichtemissionseinrichtung mitteilt, eine andere Wellenlänge für den Laser zu verwenden, da aufgrund anderer Lichtquellen das Ermitteln der Schachtgeometrie erschwert wird. Alternativ ist es auch möglich, dass die Drohne die Lichtemissionseinrichtung anderweitig steuert, wie etwa ein spezielles Muster mittels des einen Lasers oder der mehreren Laser auszustrahlen. Auch kann die Drohne die Lichtemissionseinrichtung steuern, sodass diese einen gepulsten Laserstrahl, anstatt eines kontinuierlichen Laserstrahls, aussendet.
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts, insbesondere eines Aufzugschachts. Das Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte:

- Bereitstellen einer Drohne in dem Schacht;
- Bereitstellen einer Lichtemissionseinrichtung;
- Aussenden wenigstens eines Lichtstrahls mittels der Lichtemissionseinrichtung in den Schacht;
- Bewegen der Drohne innerhalb des Schachts;
- Ermitteln der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts mittels einer Umgebungserfassungseinrichtung, welche die Drohne aufweist;
- Erfassen des wenigstens einen ausgesendeten Lichtstrahls mittels einer Lichtdetektionseinrichtung, welche die Drohne aufweist; und
- Orientieren der Drohne innerhalb des Schachts auf Basis des erfassten Lichtstrahls.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Lichtstrahl an wenigstens einen vorbestimmten Raumpunkt innerhalb des Schachts ausgesendet. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass die Lichtemissionseinrichtung den Lichtstrahl in der Weise ausstrahlt, sodass dieser von der Lichtdetektionseinrichtung der Drohne erfasst werden kann. Vorzugsweise wird hierfür, bevor sich die Drohne durch den Schacht bewegt, ein Raumpunkt ermittelt, von welchem während des gesamten Ermittelns der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts die Drohne den ausgesendeten Lichtstrahl erfassen kann.
In einer anderen Ausführungsform wird der Lichtstrahl direkt auf die Drohne ausgestrahlt. Dadurch kann erreicht werden, dass sich die Drohne stets im Referenz-Bezugssystem des Lichtstrahls der Lichtemissionseinrichtung befindet, wodurch die relative als auch absolute Position der Drohne stets ermittelbar ist.
Das Verfahren kann insbesondere auch folgende zusätzlichen Schritte umfassen:

- Aussenden eines ersten Lichtstrahls und eines zweiten Lichtstrahls mittels der Lichtemissionseinrichtung;
- Erfassen des ersten Lichtstrahls und des zweiten Lichtstrahls mittels der Lichtdetektionseinrichtung; und
- Ermitteln einer Rotation des Schachts auf Basis des erfassten ersten Lichtstrahls und zweiten Lichtstrahls und der ermittelten dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts.

Dies erlaubt, dass im Wesentlichen sämtliche Abweichungen des Schachts von Idealvorgaben ermittelbar sind, insbesondere die Abweichungen, welche Verwindungen wie etwa eine Rotation betreffen. Somit sind nicht nur zweidimensionale Abweichungen, sondern auch dreidimensionale Abweichungen genauer ermittelbar.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt aufweisen:

- Übermitteln wenigstens eines Parameters der Lichtemissionseinrichtung an die Drohne mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung.

Dadurch kann die Drohne von der Lichtemissionseinrichtung zusätzliche Informationen bezüglich ihrer Lage bzw. Position erhalten. Entsprechend kann auch die Lichtemissionseinrichtung von der Drohne Informationen erhalten, um etwa das Aussenden der Lichtstrahlen anzupassen. Im Allgemeinen ist es somit möglich, dass ein Informationsaustausch zwischen der Lichtemissionseinrichtung und der Drohne in beiden Richtungen stattfinden kann.
Weitere Schritte ergeben sich aus den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Drohnensystems.
Im Allgemeinen gilt, dass eine Offenbarung über ein beschriebenes Verfahren auch für eine entsprechende Vorrichtung gilt oder ein entsprechendes Gerätesystem, um das Verfahren durchzuführen und umgekehrt. Weiterhin versteht es sich, dass Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte und/ oder Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern dies im Zusammenhang mit der Offenbarung nicht eindeutig ausgeschlossen ist.
Im folgenden Teil der Beschreibung wird auf die Figuren Bezug genommen, die zur Veranschaulichung spezifischer Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen der illustrierten Ausführungsformen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung der Figuren ist daher nicht einschränkend zu verstehen.
Es zeigen jeweils:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Drohnensystems während des Betriebs innerhalb eines Schachts;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Drohnensystems während des Betriebs innerhalb eines Schachts;
3 ein Ausführungsbeispiel einer Lichtdetektionseinrichtung; und
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts.

Im Folgenden beziehen sich identische Bezugszeichen auf identische oder zumindest ähnliche Merkmale.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Drohnensystems 10 während des Betriebs innerhalb eines Schachts 1. In diesem Beispiel stellt der Schacht 1 einen Aufzugschacht dar, an welchem unteren Ende, welches zum Erdboden hin gerichtet ist, eine Lichtemissionseinrichtung 3 angeordnet ist. Oberhalb der Lichtemissionseinrichtung 3 und damit innerhalb des Schachts 1 befindet sich eine Drohne 2, welche während des Betriebs durch den Schacht 1 bewegbar ist.
Um sich während des Flugs durch den Schacht 1 zu orientieren, weist die Drohne 2 Umgebungserfassungseinrichtungen 8a, 8b auf, welche in dieser Abbildung seitlich der Drohne angeordnet sind. Diese Umgebungserfassungseinrichtungen 8a, 8b dienen zusätzlich dazu, die dreidimensionale räumliche Ausgestaltung des Schachts 1 zu ermitteln. Hierzu können die Umgebungserfassungseinrichtungen 8a, 8b eine oder mehrere der folgenden Prinzipien zum Erfassen der Schachtgeometrie aufweisen:

- LI DAR-Erfassung (optische Abstandsmessung)
- Erfassung der Umgebung mittels wenigstens einer Kamera
- Röntgenstrahlen
- (Ultra-)Schall-Erfassung

Auf diese Weise ist es besonders günstig und effizient möglich, die Schachtgeometrie zu ermitteln.
Da diese Vorgehensweisen jedoch aufgrund der eingangs erläuterten Probleme nicht ausreichend sind, um die Schachtgeometrie nicht nur relativ, sondern auch absolut zu bestimmen, weist die Drohne 1 zusätzlich wenigstens eine Lichtdetektionseinrichtung 4a auf. Diese ist in diesem Ausführungsbeispiel am Boden, also unten an der Drohne 2 angeordnet.
Mit der Lichtdetektionseinrichtung 4a können nun Lichtstrahlen 5a, welche von der Lichtemissionseinrichtung 3 aussendbar sind, detektiert werden. Dieses Wirkprinzip stellt somit im Wesentlichen ein Referenzsystem dar, mit dessen Hilfe die Drohne 2 auch eine absolute Erfassung der dreidimensionalen Ausgestaltung des Schachts 1 ermitteln und sich somit im Schacht 1 nicht nur relativ zu diesem, sondern auch absolut orientieren kann.
Vorzugsweise weist die Lichtdetektionseinrichtung 4a hierfür wenigstens einen optischen Sensor 6 auf, um die von der Lichtemissionseinrichtung 3 ausgesendeten Lichtstrahlen 5a zu erfassen. Vorzugsweise kann die Lichtdetektionseinrichtung 4a auch mehrere optische Sensoren 6 aufweisen, welche weiter vorzugsweise innerhalb eines Arrays angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass die Lichtdetektionseinrichtung 4a der Drohne 2 durchgehend während des Flugs der Drohne 2 Lichtstrahlen 5a der Lichtemissionseinrichtung 3 erfassen kann.
Durch Erfassen des Lichtstrahls 5a durch die Lichtdetektionseinrichtung 4a ist es für die Drohne 2 nun möglich, sich während des Flugs an dieser Referenz zu orientieren und die räumliche Erfassung des Schachts 1 mittels der Umgebungserfassungseinrichtung en 8a, 8b mit den zusätzlichen Referenzdaten zu ergänzen. Auf Basis dieser erfassten Informationen kann parallel oder später ein rechnergestütztes digitales 3D-Modell ermittelt werden, welches nicht nur eine relative, sondern auch eine absolute Ausgestaltung des Schachts 1 darstellt.
Vorzugsweise weist die Lichtemissionseinrichtung 3 wenigstens einen Laser 7a auf, sodass es sich bei dem Lichtstrahl 5a um einen Laserstrahl 5a mit einer vorbestimmten Wellenlänge handelt. Im Weiteren wird daher von einem oder mehreren Laserstrahlen 5a gesprochen, welche eine Untermenge eines allgemeineren Lichtstrahls 5a darstellen.
Der Laserstrahl 5a kann dabei entweder gepulst oder auch kontinuierlich ausgestrahlt werden. Durch einen gepulsten Laserstrahl 5a können vorzugsweise weitere Informationen an die Drohne 2 mittels der Lichtdetektionseinrichtung 4a übermittelt werden. Diese dienen insbesondere zum Steuern der Drohne 2 innerhalb des Schachts 1.
Des Weiteren kann der Laser 7a in der Weise ausgebildet sein, Laserstrahlen 5a mit wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen auszustrahlen. Damit kann die Erfassung dieser Laserstrahlen 5a weiter optimiert werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn weitere Lichtquellen die Erfassung der Laserstrahlen 5a an der Lichtdetektionseinrichtung 4a verfälschen oder beeinträchtigen.
Alternativ oder auch zusätzlich kann die Drohne 2 mit der Lichtemissionseinrichtung 3 über eine auf elektromagnetischen Wellen bzw. Signalen basierende drahtlose Kommunikationsverbindung kommunizieren. Hierzu weisen die Drohne 2 als auch die Lichtemissionseinrichtung 3 jeweils eine Kommunikationseinrichtung auf, mittels welcher Signale aussendbar und empfangbar sind. Diese Kommunikationseinrichtungen sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt.
In 1 stellt der Schacht 1 einen Aufzugschacht dar, welcher somit im Wesentlichen entlang der Schwerkraft angeordnet ist, d.h. er ist vertikal und daher parallel zu der Erdanziehungskraft. Andernfalls wäre der Schacht 1 geneigt ausgebildet. Gemäß der 1 wird der Laserstrahl 5a dabei entgegengesetzt zur Schwerkraft ausgestrahlt. Alternativ kann die Lichtemissionseinrichtung 3 auch am oberen Ende des Schachts 1 angeordnet sein. Wäre dies der Fall, dann wird der Laserstrahl 5a entsprechend in Richtung der Erdanziehungskraft ausgestrahlt, um für die Drohne 2 wiederum ein Referenzsystem zur besseren Orientierung innerhalb des Schachts 1 bereitzustellen. Für eine weitere verbesserte Orientierung der Drohne 2 innerhalb des Schachts 1 kann diese weitere Sensoren wie etwa einen Lagesensor oder auch einen Beschleunigungssensor aufweisen, welche jedoch nicht gezeigt sind.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Drohnensystems 10 während des Betriebs innerhalb des Schachts 1. Dabei weist die Lichtemissionseinrichtung 3 wenigstens drei Laser 7a, 7b, 7c auf, welche dazu eingerichtet sind, Lichtstrahlen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, insbesondere Laserstrahlen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, in den Schacht 1 auszustrahlen.
Dabei ist wenigstens der Laser 7b in der Weise eingerichtet, mehrere Laserstrahlen 5a, 5b, 5c gleichzeitig auszusenden. Diese Laserstrahlen 5a, 5b, 5c können alle kontinuierlich oder gepulst ausgestrahlt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass z.B. die Laserstrahlen 5a und 5b gepulst, Laserstrahl 5c jedoch kontinuierlich ausgestrahlt wird.
Wie in 2 gezeigt, strahlen die Laserstrahlen 5a, 5b, 5c des Lasers 7b direkt auf die Lichtdetektionseinrichtung 4c der Drohne 2. Der Laserstrahl 5d des linken Lasers 7a sowie der Laserstrahl 5e des rechten Lasers 7c der Lichtemissionseinrichtung 3 strahlen jeweils an einen ersten Raumpunkt 9a bzw. einen zweiten Raumpunkt 9b innerhalb des Schachts 1.
Diese Laserstrahlen 5d, 5e können jedoch ebenfalls von der Drohne 2 ermittelt und für die Orientierung innerhalb des Schachts 1 verwendet werden. Hierfür weist die Drohne 2 zusätzlich weitere Lichtdetektionseinrichtungen 4a, 4b auf, welche seitlich des Gehäuses der Drohne 2 angeordnet sind. Somit können nicht nur direkt auf die Drohne 2 gerichtete Lichtstrahlen 5a, 5b, 5c der Lichtemissionseinrichtung 3 von der Drohne 2 erfasst werden, sondern auch indirekt von den Lichtdetektionseinrichtungen 4a, 4b der Drohne 2 erfasste Lichtstrahlen 5d, 5e.
Vorzugsweise sind die Laser 7a sowie 7c, wie in 2 gezeigt, dazu eingerichtet, verschiedene Raumpunkte 9a, 9b innerhalb des Schachts 1 bestrahlen zu können. Dafür weisen die Laser 7a und 7b vorzugsweise Bewegungseinrichtungen auf, welche dazu eingerichtet sind, den Ausstrahlwinkel der Laserstrahlen 5d, 5e anzupassen. Vorzugsweise sind die Laser 7a, 7c in der Weise ausgebildet, auch Laserstrahlen 5d, 5e auszustrahlen, welche im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Mittels der Bewegungseinrichtungen ist es auch möglich, dass ein Laserstrahl 5a, 5b, 5c, 5d, 5e eine Linie zwischen zwei Raumpunkten 9a, 9b im zeitlichen Verlauf oder gleichzeitig bestrahlt.
Um die Ausstrahlung der Laserstrahlen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e an die vorbestimmten Raumpunkte 9a, 9b bzw. an die Lichtdetektionseinrichtung 4a, 4b, 4c besonders genau anzupassen, kann die Lichtemissionseinrichtung 3 Lagesensoren aufweisen, um die Ausrichtung der jeweiligen Laser 7a, 7b, 7c exakter bestimmen zu können.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lichtdetektionseinrichtung 4a, 4b, 4c in der Draufsicht. Die Lichtdetektionseinrichtung 4a, 4b, 4c weist dabei ein Array an optischen Sensoren 6 auf, welche als Gitterstruktur angeordnet sind. Diese Sensoren 6 werden von drei verschiedenen Laserstrahlen 5a, 5b, 5c bestrahlt, welche als schwarze Punkte dargestellt sind. Wie gezeigt, werden dabei mehrere optische Sensoren 6 von jeweils einem Laserstrahl 5a, 5b, 5c bestrahlt. Alternativ kann es auch möglich sein, dass wenigstens einer der Laserstrahlen 5a, 5b, 5c derart ausgesendet wird, sodass lediglich ein optischer Sensor 6 bestrahlt wird.
Die Laserstrahlen 5a, 5b, 5c können dabei in einem vorbestimmten Muster an die optischen Sensoren 6 der Drohne 2 gesendet werden, um z.B. ein symmetrisches oder asymmetrisches Muster auf dem Sensorenarray 6 zu erzeugen. Bei der gleichzeitigen Bestrahlung des Sensorenarrays 6 durch mehrere Laser 7a, 7b, 7c können insbesondere Verwindungen bzw. Rotationen des Schachts 1 besonders einfach ermittelt werden.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts 1.
Hierfür werden eine Drohne 2 in dem Schacht 1 und eine Lichtemissionseinrichtung 3 bereitgestellt. Die Lichtemissionseinrichtung 3 muss dabei nicht zwangsweise innerhalb des Schachts 1 angeordnet sein. Es ist jedoch erforderlich, dass ein Aussenden 103a, 103b wenigstens eines Lichtstrahls 5a, 5b, 5c, 5d, 5e mittels der Lichtemissionseinrichtung 3 in den Schacht 1 hinein möglich ist. Vorzugsweise wird ein erster Lichtstrahl 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und ein zweiter Lichtstrahl 5a, 5b, 5c, 5d, 5e mittels der Lichtemissionseinrichtung 3 ausgesendet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Lichtstrahl an wenigstens einen vorbestimmten Raumpunkt 9a, 9b innerhalb des Schachts 1 ausgesendet wird. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem Raumpunkt 9a, 9b um einen Punkt, welcher hin zu der Lichtdetektionseinrichtung 4a, 4b, 4c der Drohne 2 gerichtet ist, sodass der Lichtstrahl 5a, 5b, 5c, 5d, 5e direkt auf die Drohne 2 ausgestrahlt wird.
Während des Verfahrens 100 wird die Drohne 2 innerhalb des Schachts 1 bewegt, um den Schritt des Ermittelns 105 der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts 1 mittels einer Umgebungserfassungseinrichtung 8a, 8b, welche die Drohne 2 aufweist, durchzuführen.
Parallel oder jeweils abwechselnd hierzu wird der wenigstens eine ausgesendete Lichtstrahl 5a, 5b, 5c, 5d, 5e mittels der Lichtdetektionseinrichtung 4a, 4b, 4c erfasst, um ein Orientieren 108 der Drohne 2 innerhalb des Schachts 1 zu ermöglichen. Vorzugsweise kann zusätzlich auch eine Rotation des Schachts 1 auf Basis des erfassten Lichtstrahls 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, vorzugsweise mehrerer oder aller der von der Lichtemissionseinrichtung 3 ausgesendeten Lichtstrahlen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, ermittelt werden. Hierfür wird die ermittelte dreidimensionale räumliche Ausgestaltung des Schachts 1 zusätzlich als Information herangezogen. Ferner kann wenigstens ein Parameter der Lichtemissionseinrichtung 3 an die Drohne 2 oder von der Drohne 2 an die Lichtemissionseinrichtung 3 mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung wie einer Funkverbindung übermittelt werden. Vorzugsweise werden dabei die ermittelten bzw. erfassten Daten der von der Drohne 2 erfassten Raumgeometrie direkt an die Lichtemissionseinrichtung 3 gesendet. Dies reduziert unter anderem die Speicherkapazität der durch die Drohne ermittelten räumlich erfassten Daten des Schachts 1, da die Daten nicht in einem Speichermedium der Drohne 2 zwischengespeichert werden müssen bzw. dies lediglich temporär nötig ist.
Bezugszeichenliste

1: Schacht
2: Drohne
3: Lichtemissionseinrichtung
4a, 4b, 4c: Lichtdetektionseinrichtung
5a, 5b, 5c, 5d, 5e: Laserstrahl
6: Sensor
7a, 7b, 7c: Laser
8a, 8b: Umgebungserfassungseinrichtung
9a, 9b: Raumpunkt
10: Drohnensystem
100: Verfahren

Claims

Drohnensystem (10) für einen Schacht (1), insbesondere einen Aufzugschacht, wobei das Drohnensystem (10) eine Drohne (2) und eine Lichtemissionseinrichtung (3) aufweist, wobei die Drohne (2) dazu eingerichtet ist, die dreidimensionale räumliche Ausgestaltung des Schachts (1) wenigstens teilweise zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne eine Lichtdetektionseinrichtung (4a, 4b, 4c) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Lichtstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e), welcher von der Lichtemissionseinrichtung (3) aussendbar ist, zu erfassen.
Drohnensystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdetektionseinrichtung (4a, 4b, 4c) wenigstens einen optischen Sensor (6), insbesondere eine Vielzahl von optischen Sensoren (6), zum Erfassen des Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) der Lichtemissionseinrichtung (3) aufweist.
Drohnensystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (1) dazu eingerichtet ist, sich durch den mittels des wenigstens einen optischen Sensors (6) erfassten Lichtstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) im Schacht (1) zu orientieren.
Drohnensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionseinrichtung (3) wenigstens einen Laser (7a, 7b, 7c) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (5a, 5b, 5c) mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszusenden.
Drohnensystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (7a, 7b, 7c) dazu eingerichtet ist, wenigstens zwei Laserstrahlen (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) unterschiedlicher Wellenlänge auszusenden.
Drohnensystem (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (7a, 7b, 7c) dazu eingerichtet ist, einen gepulsten und/ oder kontinuierlichen Laserstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) auszusenden.
Drohnensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (7a, 7b, 7c) dazu eingerichtet ist, während des Betriebs einen im Wesentlichen in Richtung oder entgegensetzt zur Schwerkraft gerichteten Laserstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) auszusenden.
Drohnensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionseinrichtung (3) eine Bewegungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, die Ausrichtung des Laserstrahls (5d, 5e) des Lasers (7a, 7c) in der Weise zu verändern, dass der Laserstrahl (5d, 5e) zu wenigstens zwei verschiedenen Raumpunkten (9a, 9b) ausrichtbar ist.
Drohnensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionseinrichtung (3) wenigstens einen ersten Laser (7a, 7b, 7c) und einen zweiten Laser (7a, 7b, 7c) aufweist, wobei die Lichtemissionseinrichtung (3) in der Weise eingerichtet sind, den Laserstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) des ersten Lasers (7a, 7b, 7c) im Wesentlichen parallel zum Laserstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) des zweiten Lasers (7a, 7b, 7c) während des Betriebs auszusenden.
Drohnensystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionseinrichtung (3) mit der Drohne (2) über eine drahtlose Kommunikationsverbindung verbindbar ist.
Verfahren (100) zum Erfassen der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung eines Schachts (1), insbesondere eines Aufzugschachts, aufweisend die Arbeitsschritte: - Bereitstellen (101) einer Drohne (2) in dem Schacht (1); - Bereitstellen (102) einer Lichtemissionseinrichtung (3); - Aussenden (103a; 103b) wenigstens eines Lichtstrahls (5a, 5b, 5c) mittels der Lichtemissionseinrichtung (3) in den Schacht (1); - Bewegen (104) der Drohne (2) innerhalb des Schachts (1); - Ermitteln (105) der dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts (1) mittels einer Umgebungserfassungseinrichtung (8a, 8b), welche die Drohne (2) aufweist; - Erfassen (106a; 106b) des wenigstens einen ausgesendeten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c) mittels einer Lichtdetektionseinrichtung (4a, 4b, 4c), welche die Drohne (2) aufweist; und - Orientieren (108) der Drohne (2) innerhalb des Schachts (1) auf Basis des erfassten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e).
Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) an wenigstens einen vorbestimmten Raumpunkt (9a, 9b) innerhalb des Schachts (1) ausgesendet wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) direkt auf die Drohne (2) ausgestrahlt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, aufweisend folgende zusätzlichen Arbeitsschritte: - Aussenden (103a, 103b) eines ersten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und eines zweiten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) mittels der Lichtemissionseinrichtung (3); - Erfassen (106a, 106b) des ersten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und des zweiten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) mittels der Lichtdetektionseinrichtung (4a, 4b, 4c); und - Ermitteln (107) einer Rotation des Schachts (1) auf Basis des erfassten ersten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und zweiten Lichtstrahls (5a, 5b, 5c, 5d, 5e) und der ermittelten dreidimensionalen räumlichen Ausgestaltung des Schachts (1).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, aufweisend folgenden zusätzlichen Arbeitsschritt: - Übermitteln (109) wenigstens eines Parameters der Lichtemissionseinrichtung (3) an die Drohne (2) mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung.