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[TECHNISCHES GEBIET]
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein unbemanntes Fluggerät, das in einer Fabrik betrieben wird, und ein computerlesbares Speichermedium.
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[HINTERGRUND DER TECHNIK]
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Patentschrift 1 offenbart ein Robotersystem, das einen Roboter, eine Robotersteuerung zum Steuern des Roboters, eine Lernvorrichtung zum Senden eines Lernsignals für den Roboter an die Robotersteuerung in Folge einer Eingabe des Lernens, die durch eine Bedienperson getätigt wird, aufweist, ein unbemanntes Fluggerät, das eine Bildgebungsvorrichtung aufweist, und eine Flugsteuereinheit zum Steuern des Flugs des unbemannten Fluggeräts derart, dass die Bildgebungsvorrichtung während des Betriebs des Roboters gemäß dem Lernsignal fortlaufend Bilder eines Objekts aufnehmen kann, die zum Lernen basierend auf dem Lernsignal notwendig sind.
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Im Allgemeinen werden Roboter manchmal innerhalb von Zäunen auf einer Produktionsfläche unter Berücksichtigung der Sicherheit verwendet. Das Robotersystem gemäß Patentschrift 1 steuert den Flug des unbemannten Fluggeräts basierend auf dem Lernsignal zum Steuern des Roboters während des Betriebs des Roboters, wodurch der Bedienperson gestattet wird, Lehren des Roboters durchzuführen, auch in einer Umgebung, in der es schwierig ist, die Bewegung des Roboters direkt von außerhalb der Zäune zu sehen.
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Herkömmlicherweise gab es eine steigende Anzahl an Fällen der Verwendung von unbemannten Fluggeräten (Drohnen) für das Bestandsmanagement in Lagerhäusern und das Überwachen des Zustands von Fabriken und so weiter. Diese unbemannten Fluggeräte sind fliegende Objekte und weisen flexible Bewegungsbereiche auf und daher wird erwartet, dass sie auf neue Weisen eingesetzt werden.
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[STAND DER TECHNIK]
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[PATENTSCHRIFT]
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[Patentschrift 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
2020-142326 -
[KURZFASSUNG DER ERFINDUNG]
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[PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN]
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Technologie, die unbekannte Fluggeräte verwendet, ist für Produktionsflächen gewünscht.
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[MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS]
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein unbemanntes Fluggerät, das in einer Fabrik herumflieg, und weist eine erste Funkkommunikationseinheit, die Nahfunkkommunikation mit Fertigungseinrichtungen durchführt, eine zweite Funkkommunikationseinheit, die Funkkommunikation mit einer längeren Reichweite als die Nahfunkkommunikation durchführt, eine Fertigungseinrichtungsauswahleinheit, die bestimmt, ob eine Fertigungseinrichtung im Voraus als ein Kommunikationspartner ausgewählt wurde oder nicht, und eine Funkstationsvermittlungseinheit, die eine Selbstortung des unbemannten Fluggeräts, das in der Fabrik fliegt, in der Nähe der ausgewählten Fertigungseinrichtung detektiert und die Verbindung zu einer Nahfunkkommunikationsstation, die an der Fertigungseinrichtung angebracht ist, wechselt, auf.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Speichermedium, das dazu ausgelegt ist, computerlesbare Befehle zu speichern, die durch einen oder mehrere Prozessoren, die in dem unbemannten Fluggerät vorgesehen sind, ausgeführt werden, zu denen eine erste Funkkommunikationseinheit, die Nahfunkkommunikation mit Fertigungseinrichtungen durchführt, und eine zweite Funkkommunikationseinheit, die Funkkommunikation mit einer längeren Reichweite als die Nahfunkkommunikation durchführt, gehören, um zu bestimmen, ob eine Fertigungseinrichtung im Voraus als ein Kommunikationspartner ausgewählt wurde oder nicht, und zu detektieren, dass eine Selbstortung des unbemannten Fluggeräts, das in der Fabrik fliegt, in der Nähe der ausgewählten Fertigungseinrichtung ist, um dadurch die Verbindung zu einer Nahfunkkommunikationsstation, die an der Fertigungseinrichtung angebracht ist, zu wechseln.
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[WIRKUNG DER ERFINDUNG]
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Gemäß dem Aspekt der Erfindung kann ein unbemanntes Fluggerät eingesetzt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Konzeptdiagramm eines Steuersystems eines unbemannten Fluggeräts;
- 2 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm eines unbemannten Fluggeräts;
- 3 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm eines PC;
- 4 ist ein Blockdiagramm eines Steuersystems eines unbemannten Fluggeräts gemäß einer ersten Offenbarung;
- 5 zeigt ein Beispiel von Daten, die in einer Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit gespeichert werden;
- 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Steuersystems eines unbemannten Fluggeräts gemäß der ersten Offenbarung veranschaulicht;
- 7 ist ein Blockdiagramm eines unbemannten Fluggeräts gemäß einer zweiten Offenbarung;
- 8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb des Steuersystems eines unbemannten Fluggeräts gemäß der zweiten Offenbarung veranschaulicht; und
- 9 zeigt ein Beispiel einer Flugstrecke des unbemannten Fluggeräts.
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[METHODE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG]
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<Erste Offenbarung>
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1 ist ein Konzeptdiagramm eines Steuersystems 100 eines unbemannten Fluggeräts.
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Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts weist ein oder mehrere unbemannte Fluggeräte 2, einen persönlichen Computer (PC) 1, der einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 erstellt, eine Funkkommunikationsvorrichtung 3, die Kommunikation zwischen dem unbemannten Fluggerät 2 und dem PC 1 vermittelt, und eine Maschine 4, die Nahfunkkommunikation ausführt, auf.
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Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts wird zum Beispiel in einem Raum in einer Fabrik installiert, wo mehrere Fertigungseinrichtungen 4 angeordnet sind. Bei der Fertigungseinrichtung 4 kann es sich zum Beispiel um ein Werkzeug und einen Roboter, eine Klimaanlageneinrichtung und eine Belüftungseinrichtung, eine feuerfeste und Rauchabzugseinrichtung, eine Prüfeinrichtung, eine Rohrleitungseinrichtung und einen Reinraum handeln, sie ist aber nicht insbesondere darauf beschränkt.
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Der PC 1 des Steuersystems 100 des unbemannten Fluggeräts ist nicht insbesondere beschränkt, sofern es sich dabei um eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Server oder ein mobiles Endgerät, handelt.
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Die Fertigungseinrichtung 4 kann mit einem drahtlosen lokalen Netzwerk (LAN) in der Fabrik verbunden sein. In diesem Fall kann ein Flugplan, der durch den PC 1 erstellt wird, über die Nahfunkkommunikation der Fertigungseinrichtung 4 an das unbemannte Fluggerät 2 ausgegeben werden, um dadurch das unbemannte Fluggerät 2 zu steuern.
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Das unbemannte Fluggerät 2 weist eine Hardwarekonfiguration, wie in 2 gezeigt auf. Das unbemannte Fluggerät 2 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 211 auf, bei der es sich um einen Prozessor zum Steuern des gesamten unbemannten Fluggeräts 2 handelt. Die CPU 211 ist dazu ausgelegt, ein Systemprogramm, das in einem Nurlesespeicher (ROM) 212 gespeichert ist, über einen Bus auszulesen, um dadurch das gesamte unbemannte Fluggerät 2 gemäß dem Systemprogramm zu steuern. Ein Direktzugriffsspeicher (RAM) 213 ist dazu ausgelegt, temporäre Rechendaten und verschiedene Datenstücke, die zum Beispiel durch eine externe Vorrichtung eingegeben werden, temporär zu speichern.
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Ein nichtflüchtiger Speicher 214 besteht zum Beispiel aus einem Speicher, der durch eine Batterie, nicht gezeigt, gesichert wird. In dem nichtflüchtigen Speicher 214 wird ein Zustand der Speicherung von Daten, die darin geschrieben sind, beibehalten, selbst wenn eine Stromquelle 221 des unbemannten Fluggeräts 2 abgeschaltet wird. Der nichtflüchtige Speicher 214 ist dazu ausgelegt, zum Beispiel Datenstücke, die aus einer externen Vorrichtung, nicht gezeigt, gelesene werden, und Datenstücke, die über ein Netzwerk von einer Kommunikationsvorrichtung erhalten werden, zu speichern. Die Datenstücke, die in dem nichtflüchtigen Speicher 214 gespeichert sind, können bei Ausführung/Verwendung des unbemannten Fluggeräts 2 in den RAM 213 geladen werden. Des Weiteren ist der ROM 212 dazu ausgelegt, im Voraus verschiedene Systemprogramme, wie zum Beispiel bekannte Programme, aufzuzeichnen.
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Bei einem Sensor 215 handelt es sich um einen Beschleunigungsmesser, einen Winkelgeschwindigkeitssensor, einen elektronischen Kompass, einen Drucksensor oder einen Abstandssensor. Der elektronische Kompass dient zum Erhalten einer Richtung des unbemannten Fluggeräts durch Magnetkraft. Bei dem Abstandssensor handelt es sich zum Beispiel um einen LIDAR-Sensor (Light Detection And Ranging), der die Lichtstreuung für Bestrahlung durch gepulste Laser misst.
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Die CPU 211, die auf dem unbemannten Fluggerät 2 installiert ist, dient zum Beispiel als eine Flugsteuerung oder ein Steuerungsbegleiter. Die CPU 211 muss nicht eine sein und eine Vielzahl an CPUs 211 kann abhängig von ihren Funktionen installiert sein. Die CPU 211, die als eine Flugsteuerung dient, ist dazu ausgelegt, die Gesinnung und die Position des Flugwerks basierend auf den Informationen, die von einem Sensor 215 erhalten werden, genau anzupassen. Die CPU 211 bestimmt Neigung und Bewegung des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf einem Maß der Geschwindigkeitsänderung des unbemannten Fluggeräts 2, die durch einen Beschleunigungsmesser erhalten wird, bestimmt Änderungen der Neigung und Richtung des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf einem Maß einer Veränderung der Drehzahl des unbemannten Fluggeräts 2, das von einem Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten wird, und bestimmt die Höhe des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf dem Luftdruck, der von einem Drucksensor erhalten wird.
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Die CPU 211, die als ein Steuerungsbegleiter dient, ist dazu ausgelegt, ebenso zweidimensionale oder dreidimensionale Punktgruppendaten basierend auf einem Wert der Lichtstreuung, der durch einen LIDAR-Sensor erhalten wird, zu bestimmen. Bei den Punktgruppendaten wird es sich um eine Umgebungskarte, die das unbemannte Fluggerät 2 umgibt, handeln. Zusätzlich dazu kann die CPU 211 fortlaufende Schätzung eines Bewegungsmaßes des unbemannten Fluggeräts 2 durchführen, indem sie Punktgruppen miteinander vergleicht. Das Bewegungsmaß wird zusammengerechnet, sodass eine Selbstortung geschätzt werden kann. Des Weiteren kann die Schätzung der Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 durch Kombinieren der Punktgruppendaten, die durch den LIDAR-Sensor erhalten werden, und Werten, die von dem Beschleunigungsmesser und dem Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten werden, ausgeführt werden.
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Anstatt des LIDAR-Sensors kann ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor oder ein Funksensor mit Radiowellen als ein Abstandssensor verwendet werden. Eine Kamera oder ein Bildsensor können ebenso als ein Abstandssensor anstatt des LIDAR-Sensors verwendet werden. Im Fall der Verwendung einer Kamera können ein AR-Marker, ein AR-Tag oder ein QR-Code (eingetragene Handelsmarke) oder Ähnliches in Kombination mit der Kamera verwendet werden. Als ein Beispiel für die nicht-Verwendung eines Abstandssensors gibt es ein Verfahren zum Schätzen der Selbstortung durch Verwenden einer Bake. Die vorliegende Offenbarung beschränkt nicht insbesondere ein Verfahren zum Schätzen der Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2.
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Eine Bildverarbeitungseinheit 216 ist dazu ausgelegt, Bilder, die durch eine Kamera 217 aufgenommen werden, in geeignete Daten umzuwandeln und die Daten an die CPU 211 auszugeben. Die Kamera 217 des unbemannten Fluggeräts 2 nimmt hauptsächlich Bilder einer Fertigungseinrichtung 4, die durch eine Benutzerperson ausgewählt wird, auf. Dies gestattet der Benutzerperson, den Zustand einer Fabrik, wie zum Beispiel Werte, die durch Instrumente, die an der Fertigungseinrichtung 4 vorgesehen sind, angegeben werden, und einen Betriebszustand der Fertigungseinrichtung 4 zu erkennen.
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Eine Funkkommunikationseinheit 218 weist eine drahtlose LAN-Kommunikationseinheit 222 und eine Nahfunkkommunikationseinheit 223 auf.
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Bei der drahtlosen LAN-Kommunikationseinheit 222 handelt es sich zum Beispiel um eine Funkstation für Wi-Fi (eingetragene Handelsmarke). Die drahtlose LAN-Kommunikationseinheit 222 führt Kommunikation mit der Funkkommunikationsvorrichtung 3 aus. Der Kommunikationsbereich der Funkkommunikationsvorrichtung 3 beinhaltet alle in der gesamten Fabrik (oder die gesamte Flugstrecke des unbemannten Fluggeräts 2).
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Bei der Nahfunkkommunikationseinheit 223 handelt es sich zum Beispiel um eine Funkstation für Bluetooth (eingetragene Handelsmarke). Die Nahfunkkommunikationseinheit 223 führt Kommunikation mit einer Nahfunkkommunikationseinheit 41, die in der Fertigungseinrichtung 4 eingebaut ist, aus.
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Ein elektrischer Drehzahlregler (ESC) 219 wird auch als ein Verstärker bezeichnet und ist an jedem Propeller angebracht. Der ESC 219 steuert die Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Motors gemäß Anweisungen von der CPU 211. Die Steuerung wir an den U/min für Propeller 220 ausgeführt, um eine Differenz des Luftdrucks über und unter den Propellern zu verursachen, und die Differenz des Luftdrucks verleiht einen Auftrieb, der es dem unbemannten Fluggerät 2 ermöglicht, zu fliegen. Auftrieb ist eine Aufwärtskraft, die das unbemannte Fluggerät 2 nach oben drückt. Die Geschwindigkeit und die Richtung der Fortbewegung des unbemannten Fluggeräts 2 können durch Variieren der U/min der Propeller 220 geändert werden.
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Die Steuerung der U/min der Propeller 220 gestattet es dem unbemannten Fluggerät 2, zu schweben (der Auftrieb und die Kraft der Schwerkraft sind gleich), aufzusteigen (Erhöhung der U/min in vier Motoren), abzusinken (Verringerung der U/min in den vier Motoren), sich zurück und nach vorne und nach links und rechts zu bewegen (die Erhöhung der U/min von zwei Propellern entgegengesetzt der Richtung der Fortbewegung bewegt das unbemannte Fluggerät in die Richtung der Fortbewegung), sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen (Erhöhung der U/min des rechten Propellers), sich im Uhrzeigersinn zu drehen (Erhöhung der U/min des linken Propellers) und so weiter.
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Der PC 1 weist eine Hardwarekonfiguration wie in 3 gezeigt auf.
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Der PC 1 weist eine CPU 111, bei der es sich um einen Prozessor handelt, der dazu ausgelegt ist, den gesamten PC 1 zu steuern, auf. Die CPU 111 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 112 gespeichert ist, über einen Bus 122 aus, um damit den gesamten PC 1 gemäß dem Systemprogramm zu steuern. Ein RAM 113 ist dazu ausgelegt, temporäre Rechendaten temporär zu speichern und Daten, verschiedene Datenstücke, die durch eine externe Vorrichtung eingegeben werden, und andere anzuzeigen.
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Ein nichtflüchtiger Speicher 114 besteht zum Beispiel aus einem Speicher oder einem Halbleiterlaufwerk (SSD), der bzw. das durch eine Batterie, nicht gezeigt, gesichert ist. In dem nichtflüchtigen Speicher 114 wird ein Zustand der Speicherung von Daten, die darin geschrieben sind, beibehalten, selbst wenn eine Stromquelle des PC 1 abgeschaltet wird. Der nichtflüchtige Speicher 114 ist dazu ausgelegt, zum Beispiel Datenstücke, die über eine Schnittstelle 115 aus einer externen Vorrichtung 125 gelesen werden, Datenstücke, die durch eine Eingabeeinheit 124 eingegeben werden, und Datenstücke, die über eine Funkkommunikationsvorrichtung aus dem unbemannten Fluggerät erhalten werden, zu speichern. Die Datenstücke, die in dem nichtflüchtigen Speicher 114 gespeichert sind, können bei Ausführung/Verwendung der Daten in den RAM 113 geladen werden. Des Weiteren ist der ROM 112 dazu ausgelegt, im Voraus verschiedene Systemprogramme, wie zum Beispiel bekannte Programme, aufzuzeichnen.
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Die Anzeigeeinheit 123 ist dazu ausgelegt, Datenstücke oder andere, die durch Ausführen der Datenstücke erhalten werden, Programme oder andere, die in den Speicher geladen werden, über eine Schnittstelle 117 auszugeben und anzuzeigen. Zusätzlich dazu ist die Eingabeeinheit 124, die aus einer Tastatur, einer Zeigevorrichtung und anderen besteht, dazu ausgelegt, Daten und andere, die durch eine Programmierperson eingegeben werden, über eine Schnittstelle 118 an die CPU 111 weiterzuleiten.
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4 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems 100 des unbemannten Fluggeräts. Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts weist ein oder mehrere unbemannte Fluggeräte 2, einen persönlichen Computer (PC) 1, der einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 erstellt, eine Funkkommunikationsvorrichtung 3, die als ein Zugriffspunkt in einem drahtlosen LAN dient, und eine Fertigungseinrichtung 4, bei der es sich um eine Funkstation für Nahfunkkommunikation handelt, auf.
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Der PC 1 weist eine Selbstortungserfassungseinheit 11, die eine Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 erhält, eine Umgebungskartenerfassungseinheit 12, die eine Umgebungskarte des unbemannten Fluggeräts 2 erhält, eine Kartierungseinheit 13, die die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 auf einer dreidimensionalen Karte kartiert, eine Flugplanerstellungseinheit 14, die einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 erstellt, und eine Flugplanausgabeeinheit 15, die einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 ausgibt, auf.
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Die Selbstortungserfassungseinheit 11 ist dazu ausgelegt, die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 durch die Funkkommunikationsvorrichtung 3 zu erhalten. Die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 ist eine Position des unbemannten Fluggeräts 2, der durch das unbemannte Fluggerät 2 basierend auf Werten, die von dem Beschleunigungsmesser, dem Winkelgeschwindigkeitssensor und dem Abstandssensor erhalten werden, bestimmt wird.
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Die Umgebungskartenerfassungseinheit 12 ist dazu ausgelegt, eine Umgebungskarte des unbemannten Fluggeräts 2 durch die Funkkommunikationsvorrichtung 3 zu erhalten. Umgebungskarte bedeutet Punktgruppendaten um das unbemannte Fluggerät 2. Eine Umgebungskarte wird basierend auf den Werten, die zum Beispiel von dem Abstandssensor erhalten werden, erstellt. Die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 kann außerdem unter Verwendung der Stärke der Funkwellen von Baken, Wi-Fi oder Ähnlichem geschätzt werden. In einem Fall des Einsatzes von Funkwellen von Baken oder Wi-Fi wird eine Umgebungskarte nicht notwendigerweise erstellt, da die Koordinaten des unbemannten Fluggeräts 2 verfolgt werden können. In einem Fall, bei dem eine Umgebungskarte erstellt wird, können Informationen über die Umgebung des unbemannten Fluggeräts 2 in Echtzeit erhalten werden, um unerwartete Hindernisse zu erkennen.
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Die Kartierungseinheit 13 ist dazu ausgelegt, die Umgebungskarte des unbemannten Fluggeräts 2 einer dreidimensionalen Karte basierend auf Eigenschaftspunkten oder dergleichen zuzuordnen, um somit die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 auf einem Koordinatensystem der dreidimensionalen Karte zu kartieren. Die Flugplanerstellungseinheit 14 ist dazu ausgelegt, einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 zu erstellen.
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Die Flugplanausgabeeinheit 15 ist dazu ausgelegt, den Flugplan durch die Funkkommunikationsvorrichtung 3 über das drahtlose LAN an das unbemannte Fluggerät 2 auszugeben. Der Flugplan weist die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 auf der dreidimensionalen Karte auf. Der Flugplan kann in dem nichtflüchtigen Speicher 214 des unbemannten Fluggeräts 2 gespeichert werden. Der Flugplan kann eine Startzeit des Flugs aufweisen.
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Das unbemannte Fluggerät 2 weist eine Selbstortungsschätzeinheit 21, die eine Selbstortung schätzt, eine Umgebungskartenerstellungseinheit 22, die eine Umgebungskarte, die das unbemannte Fluggerät 2 umgibt, erstellt, eine Flugplanerfassungseinheit 23, die einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 erhält, eine autonome Flugeinheit 24, die autonomen Flug gemäß dem Flugplan oder einem Bewegungsbefehl durchführt, eine drahtlose LAN-Kommunikationseinheit 222, die drahtlose LAN-Kommunikation ausführt, eine Nahfunkkommunikationseinheit 223, die Funkkommunikation mit jeder Fertigungseinrichtung 4 ausführt, eine Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25, die einen Bereich, der eine Grenze des Vermittlungspunkts der Funkkommunikation zeigt, speichert, eine Funkstationsvermittlungseinheit 26, die Funkstationen vermittelt, und eine Fertigungseinrichtungsauswahleinheit 29, die eine vorausgewählte Basisstation auswählt, auf.
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Die Selbstortungsschätzeinheit 21 ist dazu ausgelegt, Neigung und Bewegung des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf einem Maß der Geschwindigkeitsänderung des unbemannten Fluggeräts 2, die durch den Beschleunigungsmesser erhalten wird, zu bestimmen, bestimmt Änderungen der Neigung und der Richtung des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf einem Maß einer Veränderung der Drehzahl des unbemannten Fluggeräts 2, das von dem Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten wird, und bestimmt die Höhe des unbemannten Fluggeräts 2 basierend auf dem Luftdruck, der von dem Drucksensor erhalten wird, wodurch sie ein Bewegungsmaß des Fluggeräts selbst bestimmt. Zusätzlich dazu führt die Selbstortungsschätzeinheit 21 Kartierung auf der Umgebungskarte aus, um das Bewegungsmaß des unbemannten Fluggeräts 2 fortlaufend zu schätzen. Das Bewegungsmaß wird zusammengerechnet, sodass eine Selbstortung geschätzt werden kann.
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Die Umgebungskartenerstellungseinheit 22 ist außerdem dazu ausgelegt, zweidimensionale bzw. dreidimensionale Punktgruppendaten basierend auf einem Wert des irritierenden Lichts, das durch den LIDAR-Sensor erhalten wird, zu bestimmen. Bei den Punktgruppendaten wird es sich um eine Umgebungskarte, die das unbemannte Fluggerät 2 umgibt, handeln.
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Die Flugplanerfassungseinheit 23 ist dazu ausgelegt, den Flugplan von der Funkkommunikationsvorrichtung 3 oder der Fertigungseinrichtung 4 zu erhalten. Der Flugplan weist die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 auf der dreidimensionalen Karte auf.
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Bei der drahtlosen LAN-Kommunikationseinheit 222 handelt es sich zum Beispiel um einen Wi-Fi(eingetragene Handelsmarke)-Adapter. Die drahtlose LAN-Kommunikationseinheit 222 ist dazu ausgelegt, Kommunikation mit der Funkkommunikationsvorrichtung 3 auszuführen. Der Kommunikationsbereich der Funkkommunikationsvorrichtung 3 beinhaltet alle in der gesamten Fabrik (oder die gesamte Flugstrecke des unbemannten Fluggeräts 2).
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Bei der Nahfunkkommunikationseinheit 223 handelt es sich zum Beispiel um einen Bluetooth(eingetragene Handelsmarke)-Adapter. Die Nahfunkkommunikationseinheit 223 des unbemannten Fluggeräts 223 ist dazu ausgelegt, Kommunikation mit einer Nahfunkkommunikationseinheit 41, die in der Fertigungseinrichtung 4 eingebaut ist, auszuführen.
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Die Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25 ist dazu ausgelegt, Bereiche, die eine dreidimensionale bzw. zweidimensionale Karte der Fabrik trennen, und eine Funkstation, mit der sich das unbemannte Fluggerät 2 in jedem Bereich verbinden muss, zu speichern. Zum Beispiel speichert die Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25 „Bereich 1“ als „drahtloses LAN“ und „Bereich 2“ als „Nahfunkstation (Geräte-ID)“, wie in 5 gezeigt.
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Die Funkstationsvermittlungseinheit 26 ist dazu ausgelegt, unter Bezug auf die Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25 eine Funkstation, die in einem Bereich auf der dreidimensionalen bzw. zweidimensionalen Karte, auf der die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 aufzufinden ist, vorhanden ist, zu detektieren.
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Die Fertigungseinrichtungsauswahleinheit 29 ist dazu ausgelegt, zu bestimmen, ob die Funkstation, die in dem Bereich, wo das unbemannte Fluggerät 2 aufzufinden ist, vorhanden ist, an einer vorausgewählten Fertigungseinrichtung 4 angebracht ist oder nicht. Wenn die Funkstation an der vorausgewählten Fertigungseinrichtung angebracht ist, führt die Auswahleinheit 29 Wechseln zwischen den Funkstationen aus. Wenn die Funkstation an einer Fertigungseinrichtung, die nicht im Voraus ausgewählt wurde, angebracht ist, führt die Auswahleinheit 29 kein Wechseln zwischen den Funkstationen aus.
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Die Auswahl der Fertigungseinrichtung 4 kann vor dem Durchführen des autonomen Flugs oder während des autonomen Flugs vorgenommen werden.
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Die Auswahl der Fertigungseinrichtung 4 kann durch manuelle Eingabe oder durch Eingeben mit einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, wie zum Beispiel einem externen System, durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, falls eine Drohne eine reguläre Aufgabe basierend auf einem externen Programm ausführt, eine Fertigungseinrichtung 4, die in dem Programm festgelegt ist, automatisch ausgewählt werden. Falls eine Bewegungsstrecke zu einer Fertigungseinrichtung 4, an der eine Aufgabe ausgeführt werden soll, automatisch basierend auf einem Streckenberechnungsalgorithmus berechnet wird, kann die Fertigungseinrichtung (Funkstation) gemäß dem Bereich, der die aktuelle Position der Drohne aufweist, ausgewählt werden.
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Die Funkstation in der veranschaulichenden Offenbarung bezeichnet einen Transmitter oder Empfänger, der Kommunikation via Funk ausführt, oder eine Kombination des Transmitters und des Empfängers. Anders ausgedrückt, es handelt sich bei allen der drahtlosen LAN-Kommunikationseinheit 222 und der Nahfunkkommunikationseinheit 223 des unbemannten Fluggeräts 2, der Funkkommunikationsvorrichtung 3 und der Nahfunkkommunikationseinheit 223 der Fertigungseinrichtung 4 in dieser Offenbarung um Funkstationen.
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Die Fertigungseinrichtung 4 ist mit einer Nahfunkkommunikationseinheit 41 versehen. Bei der Nahfunkkommunikationseinheit 41 handelt es sich zum Beispiel um einen Bluetooth-Adapter. Die Nahfunkkommunikationseinheit 41 ist dazu ausgelegt, ein Paket mit regelmäßigen Intervallen auszugeben. Das Paket beinhaltet eine Geräteadresse, einen Gerätenamen und andere Angaben über die Fertigungseinrichtung 4. Bei Empfang des Pakets sendet die Nahfunkkommunikationseinheit 223 des unbemannten Fluggeräts 2 eine Antwort an die Funkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung 4 zurück, um somit eine Verbindung herzustellen.
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Mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 6 folgt eine Beschreibung eines Betriebs des Steuersystems 100 des unbemannten Fluggeräts.
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Zuerst schätzt das unbemannte Fluggerät 2 seine Selbstortung (Schritt S1) und erstellt in Folge eine Umgebungskarte (Schritt S2). Der PC 1 kartiert die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 und die Umgebungskarte auf einer dreidimensionalen Karte einer Fabrik, um somit die Position des unbemannten Fluggeräts 2 auf der dreidimensionalen Karte zu erhalten (Schritt S3).
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Der PC 1 erstellt einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 (Schritt S4) und gibt den erstellten Flugplan an das unbemannte Fluggerät 2 aus. Die Benutzerperson wählt eine Fertigungseinrichtung 4, mit der kommuniziert werden soll, aus (Schritt S5). Die ausgewählte Fertigungseinrichtung 4 ist in dem unbemannten Fluggerät 2 registriert. Hier wird eine Fertigungseinrichtung 4, die Funkkommunikation ausführt, vor dem Starten des autonomen Flugs ausgewählt, doch die Fertigungseinrichtung 4 kann während des autonomen Flugs ausgewählt und in dem unbemannten Fluggerät 2 registriert werden.
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Das unbemannte Fluggerät 2 führt einen autonomen Flug gemäß dem Flugplan, der von dem PC 1 empfangen wird, durch (Schritt S6).
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Das unbemannte Fluggerät 2 bestimmt unter Bezug auf eine Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25 einen Bereich, wo die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 aufzufinden ist (Schritt S7). Falls sich der Bereich, wo die Selbstortung des unbemanntes Fluggeräts 2 aufzufinden ist, geändert hat (Schritt S8: Ja), wird bestimmt, dass sich das unbemannte Fluggerät 2 in einen neuen Bereich bewegt hat (Schritt S9). Falls sich der Bereich, wo die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 aufzufinden ist, nicht geändert hat (Schritt S8: Nein), schreitet der Vorgang zu Schritt S6 weiter und das unbemannte Fluggerät 2 führt den autonomen Flug fort.
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Fall bestimmt wird, dass sich das unbemannte Fluggerät 2 in den neuen Bereich bewegt hat, überprüft das unbemannte Fluggerät 2 den Zustand der umgebenden Funkwellen (Schritt S10). In einem Fall, bei dem das unbemannte Fluggerät 2 nahe der Fertigungseinrichtung 4 fliegt, erreichen Funkwellen, die das Vorhandensein der Fertigungseinrichtung 4 angeben, das unbemannte Fluggerät 2. Wenn das unbemannte Fluggerät 2 die Funkwellen der Fertigungseinrichtung 4 empfängt, stellt die Nahfunkkommunikationseinheit 41 des unbemannten Fluggeräts 2 Verbindung mit der Nahfunkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung 4 her (Schritt S11) und wechselt dann die Funkstationen (Schritt S12).
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In diesem Fall kann die Fertigungseinrichtung 4 Daten von dem PC 1 weiterleiten oder die Fertigungseinrichtung 4 kann das unbemannte Fluggerät 2 direkt steuern. In einem Fall, bei dem die Fertigungseinrichtung 4 direkt das unbemannte Fluggerät 2 steuert, weist die Fertigungseinrichtung 4 bevorzugt Bedienungseinrichtungen auf, wie zum Beispiel eine numerische Steuerung oder eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
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Wie oben beschrieben weist das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts 2 gemäß der ersten Offenbarung die Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit 25, die die dreidimensionale Karte der Fabrik in Bereiche einteilt, auf und registriert eine Funkstation, die für jeden Bereich geeignet ist. Diese Bereiche können durch tatsächliches Messen des Zustands der Funkwellen in der Fabrik gebildet werden. Das unbemannte Fluggerät 2 wechselt die Funkstationen während es überprüft, in welchen Bereich es fliegt.
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Es sind verschiedene Funksysteme in der Fabrik vorhanden und Funkstörungen von der Fertigungseinrichtung 4 oder anderen kann Instabilität der Funkkommunikation verursachen. Außerdem gibt es Bereiche, wo es schwierig ist, die Funkwellen zu erreichen, wie zum Beispiel innerhalb oder in der Nähe einer Werkzeugmaschine. Falls die Steuerung des unbemannten Fluggeräts 2 innerhalb des Gehäuses einer Werkzeugmaschine (insbesondere einer großen Werkzeugmaschine) ausgeführt wird, kann das Gehäuse Kommunikationsausfall verursachen.
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In einem Bereich, wo der Zustand der Funkwellen des drahtlosen LAN nicht gut ist, ändert das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts den Kommunikationsmodus zu der Nahfunkkommunikation in der Nähe der Fertigungseinrichtung 4, sodass das System 100 das unbemannte Fluggerät 2 auch an einem Ort steuern kann, wo die Funkwellen in der Fabrik schwierig zu erreichen sind, wie zum Beispiel innerhalb oder in der Nähe der Werkzeugmaschine.
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Der Abstand zwischen der Funkstation und des unbemannten Fluggeräts 2 kann gemessen werden, um die Verbindung zu wechseln, wenn das unbemannte Fluggerät 2 in die Nähe der Funkstation kommt. Der Abstand von der Funkstation kann auf eine solche Weise erhalten werden, dass ein euklidischer Abstand aus den Koordinaten der Selbstortung und der Funkstation berechnet wird, oder dass Bilder, die durch das unbemannte Fluggerät 2 aufgenommen werden, verwendet werden, um den Abstand von der Fertigungseinrichtung 4 zu berechnen. Die Baken von der Funkstation können auch als ein Abstandssensor verwendet werden. Des Weiteren kann ein Schwellenwert eines Abstands zum Vermitteln für jede Fertigungseinrichtung festgelegt werden, da ein Bereich des Nahfunks für die Fertigungseinrichtungen unterschiedlich ist.
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Das Funkverbindungsprotokoll ist nicht auf das Obige beschränkt und daher kann Funkverbindung basierend auf Protokollen, die sich von denen in der veranschaulichenden Offenbarung unterscheiden, in dem Grundsatz der Offenbarung umfasst sein.
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<Zweite Offenbarung>
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Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts gemäß einer zweiten Offenbarung weist eine Signalstärkendetektionseinheit 27 und eine Geräte-ID-Speichereinheit 28 auf, wie in 7 gezeigt.
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Die Signalstärkendetektionseinheit 27 ist dazu ausgelegt, Funkwellen, die von der Funkkommunikationsvorrichtung 3 ausgegeben werden, und die Signalstärke in der Fertigungseinrichtung 4 zu detektieren.
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Die Geräte-ID-Speichereinheit 28 ist dazu ausgelegt, eine Geräte-ID, bei der es sich um Identifikationsinformationen der Nahfunkkommunikationseinheit 41, die in der Fertigungseinrichtung 4 eingebaut ist, handelt, zu speichern. Die Geräte-ID-Speichereinheit 28 speichert außerdem eine Fertigungseinrichtung 4, die als ein Kommunikationspartner ausgewählt ist.
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Die Funkstationsvermittlungseinheit 26 vergleicht die Signalstärke, die durch die Signalstärkendetektionseinheit 27 detektiert wird, und falls eine Funkstation vorhanden ist, die einen besseren Signalzustand als den Signalzustand in der aktuell verbundenen Funkstation aufweist, und falls die Geräte-ID der betreffenden Funkstation in der Geräte-ID-Speichereinheit 28 eingetragen ist, während die Fertigungseinrichtung 4, dessen Signalstärke wie oben verglichen wird, als der Kommunikationspartner ausgewählt wird, wechselt die Funkstationsvermittlungseinheit 26 die Funkstationen.
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Mit Bezug auf ein Flussdiagramm, das in 8 gezeigt ist, wird ein Betrieb des Steuersystems 100 des unbemannten Fluggeräts beschrieben.
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Zuerst schätzt das unbemannte Fluggerät 2 seine Selbstortung (Schritt S21) und erstellt in Folge eine Umgebungskarte (Schritt S22). Der PC 1 kartiert dann die Selbstortung des unbemannten Fluggeräts 2 und die Umgebungskarte auf einer dreidimensionalen Karte einer Fabrik, um somit die Position des unbemannten Fluggeräts 2 auf der dreidimensionalen Karte zu erhalten (Schritt S23).
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Der PC 1 erstellt einen Flugplan des unbemannten Fluggeräts 2 (Schritt S24) und gibt den erstellten Flugplan an das unbemannte Fluggerät 2 aus. Das unbemannte Fluggerät 2 führt dann einen autonomen Flug gemäß dem Flugplan, der von dem PC 1 empfangen wird, durch (Schritt S25).
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Das unbemannte Fluggerät 2 detektiert eine Signalstärke (Schritt S26). Das unbemannte Fluggerät 2 vergleicht dann die Signalstärke der aktuell verbundenen Funkstation mit der Signalstärke der anderen Funkstationen (Schritt S27). Falls keine Funkstation vorhanden ist, die einen besseren Signalzustand als den der aktuell verbundenen Funkstation aufweist (Schritt S28: Nein), schreitet das unbemannte Fluggerät 2 zu Schritt 25 weiter, um den autonomen Flug fortzuführen.
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Falls eine Funkstation vorhanden ist, die einen besseren Signalzustand als den der aktuell verbundenen Funkstation aufweist (Schritt S28: Ja) und die Geräte-ID der betreffenden Funkstation in der Geräte-ID-Speichereinheit 28 vorliegt (Schritt S29: Ja), wird eine Verbindung mit der Nahfunkverbindungseinheit 41, die diese Geräte-ID aufweist, hergestellt (Schritt S30), um somit die Funkstationen zu wechseln (Schritt S31).
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Falls die Geräte-ID der Funkstation, die bei Schritt S28 detektiert wird, nicht in der Geräte-ID-Speichereinheit 28 vorliegt (Schritt S29: Nein), schreitet das unbemannte Fluggerät 2 zu Schritt S25 weiter, um den autonomen Flug fortzuführen.
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Wie oben beschrieben verwendet das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts gemäß der zweiten Offenbarung die Signalstärke, um zu detektieren, dass das unbemannte Fluggerät 2 in die Nähe einer Ziel-Fertigungseinrichtung 4 kommt. Die Signalstärke ist als ein Kriterium zum Auswählen der Funkstationen definiert, um zuverlässig zu einer Funkstation zu wechseln, die einen guten Signalzustand aufweist.
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<Dritte Offenbarung>
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Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts gemäß einer dritten Offenbarung weist ungefähr die gleiche Konfiguration wie die des Steuersystems 100 des unbemannten Fluggeräts der zweiten Offenbarung, die in 6 gezeigt ist, auf. Das Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts der dritten Offenbarung speichert die Geräte-ID mehrerer Fertigungseinrichtungen 4 in der Geräte-ID-Speichereinheit 28 des unbemannten Fluggeräts 2.
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Bei dem Steuersystem 100 des unbemannten Fluggeräts der dritten Offenbarung fliegt das unbemannte Fluggerät 2 durch Wechseln der Nahfunkverbindungseinheiten 41 der mehreren Fertigungseinrichtungen 4. Zum Beispiel, wenn sich das unbemannte Fluggerät 2 auf einer Flugstrecke wie in 9 gezeigt bewegt, befinden sich vier Fertigungseinrichtungen 4 in der Nähe der Flugstrecke des unbemannten Fluggeräts 2. Das unbemannte Fluggerät 2 führt den Flug durch Wechseln zwischen Funkstationen, die die guten Signalzustände unter der Nahfunkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung A, der Nahfunkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung B, der Nahfunkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung C und der Nahfunkkommunikationseinheit 41 der Fertigungseinrichtung D aufweisen, aus. Folglich kann stabile Kommunikation auch an einem Ort, wie zum Beispiel einer Fabrik, wo der Funkwellenzustand instabil ist, hergestellt werden.
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Die Geräte-ID-Speichereinheit 28 kann die Geräte-IDs aller Nahfunkkommunikationseinheiten 41 in der Fabrik speichern. Mit zunehmender Anzahl an Geräte-IDs erweitert sich der verfügbare Bereich für Nahfunkkommunikation. Dies erweitert die Optionen für Kommunikationsverfahren und das unbemannte Fluggerät 2 kann unter Verwendung nur des Nahfunks, ohne drahtlose Umgebung, wie zum Beispiel drahtloses LAN, die die gesamte Fabrik abdeckt, gesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Steuersystem für unbemanntes Fluggerät
- 1
- Persönlicher Computer (PC)
- 2
- Unbemanntes Fluggerät
- 3
- Funkkommunikationsvorrichtung
- 4
- Fertigungseinrichtung
- 11
- Selbstortungserfassungseinheit
- 12
- Umgebungskarteerfassungseinheit
- 13
- Kartierungseinheit
- 14
- Flugplanerstellungseinheit
- 15
- Flugplanausgabeeinheit
- 21
- Selbstortungsschätzeinheit
- 22
- Umgebungskarteerstellungseinheit
- 23
- Flugplanerfassungseinheit
- 24
- Autonome Flugeinheit
- 25
- Funkvermittlungsbereichsspeichereinheit
- 26
- Funkstationsvermittlungseinheit
- 222
- Drahtlose LAN-Kommunikationseinheit
- 223
- Nahfunkkommunikationseinheit
- 41
- Nahfunkkommunikationseinheit
- 211
- CPU
- 214
- Nichtflüchtiger Speicher
- 215
- Sensor
- 216
- Bildverarbeitungseinheit
- 271
- Kamera
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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