| JP3187358 | AUTOMATIC GUIDED VEHICLE SYSTEM |
| WO/2007/109624 | ROBOT CONFINEMENT |
| JP2006242978 | MOVING ROUTE MAP CREATING METHOD |
SCHWAB, Hendrik (Am Gartenheim 12, Kronshagen, 24119, DE)
| Ansprüche 1 . Vorrichtung zur Navigation eines beweglichen Gerätes (10) entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur (4), mit einer ersten Messeinrichtung (24), die ausgebildet ist, charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur (4) lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten (S) zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (28, 30, 32), die ausgebildet ist, aus einer Verknüpfung der ersten Messdaten (S) mit für die Herstellung der Materialstruktur verwendeten Konstruktionsdaten (C), die zumin- dest von Abschnitten der Materialstruktur (4) im Wesentlichen lokal unterschiedliche charakteristische Eigenschaften angeben, Navigationsdaten (N2) des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) zu ermitteln. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Navigati- onsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs angeben. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer zweiten Messeinrichtung (20, 22), die ausgebildet ist, eine relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes (10) auf bzw. entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) zu erfassen und entsprechend zweite Messdaten (P, H) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28, 30, 32) ausgebildet ist, aus einer Verknüpfung der zweiten Messdaten (P, H) mit den ersten Messdaten und den Konstruktionsdaten (C) die Navigationsdaten (N2) des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) zu ermitteln. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinrichtung (20, 22) ausgebildet ist, die relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes (10) auf der Oberfläche der Materialstruktur (4) gegenüber einem festgelegten Bezugspunkt (0) zu erfassen. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspunkt (0) einen Anfangspunkt einer Bewegung des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) bildet. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messeinrichtung eine Hodometereinheit (20) zur Erfassung einer vom beweglichen Gerät (10) zurückgelegten Strecke (12), eine Gyrometereinheit (22) zur Erfassung einer Drehbewegung des beweglichen Gerätes (10) und/oder eine Inertialsensoreinheit (22) zur Erfassung von auf das bewegliche Gerät (10) wirkenden translatorischen und/oder rotatorischen Beschleunigungskräften aufweist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur (4) Abmessungen (beispielsweise Materialdicke), Formgebung, Werkstoffeigenschaften und/oder Oberflächenbeschaffenheit umfassen. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinrichtung (24) eine Wirbel- strommesseinheit und/oder eine Ultraschallmesseinheit zum Messen einer Oberflächenbeschaffenheit und/oder einer Materialdicke der Materialstruktur (4) aufweist. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Navigationsrechnereinheit (28), die ausgebildet ist, aus den zweiten Messdaten (P, H) vorläufige Navigationsdaten (N1) zu ermitteln, und eine Korrektureinheit (30) aufweist, die ausgebildet ist, durch Verknüpfung der vorläufigen Navigationsdaten (N1) mit den ersten Messdaten (S) und den Konstruktionsdaten (C) korrigierte endgültige Navigationsdaten (N2) auszugeben. 10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung einen Speicher (32) aufweist, in dem die Konstruktionsdaten (C) gespeichert sind. 1 1. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Datenfusionseinheit (30) aufweist, die ausgebildet ist, die Verknüpfung durchzuführen. 12. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher die Materialstruktur (4) die Hülle eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, ist. 13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welcher das bewegliche Gerät (10) ein Reinigungsgerät ist. 14. Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Oberfläche einer Materialstruktur (4), mit einem Reinigungsgerät (10), das entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) beweglich und für die Reinigung der Oberfläche der Materi- alstruktur (4) ausgebildet ist, und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 13. 15. Verfahren zur Navigation eines beweglichen Gerätes (10) entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur (4), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem ersten Schritt, - charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur (4) lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten (S) zu erzeugen, gekennzeichnet durch einen zweiten Schritt, aus einer Verknüpfung der ersten Messdaten (S) mit für die Herstellung der Materialstruktur (4) verwendeten Konstruktionsdaten (C), die zumindest von Abschnitten der Materialstruktur (4) m Wesentlichen lokal unterschiedliche charakteristische Eigenschaften angeben, Navigationsdaten (N2) des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) zu ermitteln. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigationsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs angeben. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei welchem im ersten Schritt zusätz- lieh eine relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes (18) auf bzw. entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) erfasst wird und daraus entsprechend zweite Messdaten (P, H) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt aus einer Verknüpfung der zweiten Messdaten (P, H) mit den ersten Messdaten (S) und den Kon- struktionsdaten (C) die Navigationsdaten (N2) des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) ermittelt werden. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes (10) auf der Oberfläche der Materialstruktur (4) gegenüber einem festgelegten Bezugspunkt (0) erfasst wird. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugspunkt (0) ein Anfangspunkt einer Bewegung des beweglichen Gerätes (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) festgelegt wird. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der relativen Positionsveränderung des beweglichen Gerätes (10) auf der Oberfläche der Materialstruktur (4) eine vom beweglichen Gerät (10) zurückgelegte Strecke (12), eine Drehbewegung des beweglichen Gerätes (10) und/oder auf das bewegliche Gerät (10) wirkende translatorische und/oder rotatorische Beschleunigungskräfte gemessen werden. 21 Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur (4) Abmessungen (beispielsweise Mate aidicke), Formgebung, Werkstoffeigenschaften und/oder Oberflächenbeschaffenheit erfasst werden. 22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21 , bei welchem im zweiten Schritt aus den zweiten Messdaten (P, H) vorläufige Navigationsdaten (N1) ermittelt und durch Verknüpfung der vorläufigen Navigationsdaten (N1) mit den ersten Messdaten (S) und den Konstruktionsdaten (C) korrigierte endgültige Navigationsdaten (N2) ermittelt werden. 23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die Verknüpfung mithilfe eines Datenfusionsverfahrens durchgeführt wird. 24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 23, bei welchem die Materialstruktur (4) die Hülle eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, ist. 25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 24, bei welchem als bewegliches Gerät (10) ein Reinigungsgerät verwendet wird. 26. Reinigungsverfahren zur Reinigung der Oberfläche einer Materialstruktur, bei welchem ein Reinigungsgerät (10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur bewegt wird, unter Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 25. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Navigation eines beweglichen Gerätes entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur, mit einer ersten Messeinrichtung, die ausgebildet ist, charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten zu erzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Navigation eines beweglichen Gerätes entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung der zuvor erwähnten Art, wobei charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur lokal erfasst und entsprechend erste Messdaten erzeugt werden.
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren werden beispielsweise im Zusammenhang mit einer Steuerung verwendet, um ein Inspektions- und/oder Reinigungsgerät entlang der Hülle eines Fahrzeuges wie insbesondere eines Schiffsrumpfes zur Inspektion und/oder Reinigung gezielt zu verfahren.
Die WO 2007/010265 A1 beschreibt eine Robotereinheit zur Inspektion und Reinigung eines Schiffsrumpfes, wobei zur Positionsbestimmung ein Magnetsen- sor und ein optischer Sensor verwendet werden. Mit dem Magnetsensor werden Abweichungen in dem magnetischen Fluss durch die Oberfläche des Schiffsrumpfes oder durch eine Struktur unter der Oberfläche im Schiffsrumpf erfasst, wozu insbesondere die Spantenstruktur des Schiffes genutzt wird, während der optische Sensor der Bewegungsverfolgung der Robotereinheit auf der Rumpfoberfläche entlang dient. Zur Positionsbestimmung verwendet dieses bekannte System ausschließlich sog. Landmarken, die während einer Kartierungsfahrt von der Robotereinheit aufgefunden wurden und zur Navigation verwendet werden, indem zwischen diesen Landmarken die Robotereinheit positioniert wird. Das hierfür verwendete Verfahren zur Positionierung der Robotereinheit zwischen den Landmarken ist jedoch sehr aufwändig. Hinzu kommt, dass durch die Verwendung des Magnetsensors das bekannte System im Wesentlichen nur auf den Einsatz in metallischer Umgebung und die Verwendung eines optischen Sensors auf reflektierende Oberflächen beschränkt ist.
Die WO 86/00860 A1 beschreibt einen Inspektionsroboter für Schiffs rümpfe, der aber nur extern gesteuert wird und daher kabelgebunden ist. Zur Bestimmung einer Richtungsänderung bei der Bewegung des Roboters wird beispielsweise ein Gyroskop verwendet, wobei sich aus dem ermittelten Drehwinkel des Roboters unter anderem Informationen über dessen Bewegungsrichtung ableiten lassen. Navigiert wird der Roboter bei diesem bekannten System durch eine Fernsehkamera. Ferner ist ein Ultraschallsensor vorgesehen, der zu Inspektionszwecken verwendet wird.
Die US 2005/0015209 A1 offenbart eine Wirbelstromprüfeinheit, die mithilfe einer rein optischen Navigation auf der Oberfläche eines zu untersuchenden Objektes positioniert wird und Wirbelströme erzeugt, um die Oberflächenbeschaffenheit bzw. Oberflächendicke zu ermitteln.
Aus der WO 02/086474 A1 ist ein Gerät zur zerstörungsfreien Untersuchung von Oberflächen bekannt, wobei die Positions- und Rotationserfassung wiederum mittels optischer Messmethoden erfolgt und daher auf reflektierende Oberflächen beschränkt ist, jedoch die daraus gewonnenen Messwerte nicht für eine Regelung der Bewegung des Gerätes verwendet werden.
Zwar zeichnen sich die zuvor beschriebenen Systeme dadurch aus, dass sie für die Navigation bzw. Positionsbestimmung eines beweglichen Gerätes auf der Oberfläche einer Materialstruktur ohne die Verwendung von externen Positionsinformationen wie beispielsweise durch das GPS-System (GPS = Global Positio- ning System), eine Radiotriangulation oder eine Funkverbindung zu einem Trägerfahrzeug auskommen und somit derartige externe Positionsinformationen nicht benötigen. Jedoch sind die bekannten Vorrichtungen und Verfahren recht ungenau und zum Teil aufwändig zu handhaben, insbesondere wenn Kartie- rungs- und/oder Kalibrationsfahrten vonnöten sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit einer Vorrichtung und eines Verfahrens der eingangs genannten Art zu erhöhen, ohne dass auf externe Positionsinformationen wie beispielsweise durch GPS, Radiotriangulation oder Funkverbindung zu einem Trägerfahrzeug zurückgegriffen werden muss und/oder Kartierungs- und/oder Kalibrationsfahrten erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Navigation eines beweglichen Gerätes entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur, mit einer ersten Messeinrichtung, die ausgebildet ist, charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, aus einer Verknüpfung der ersten Messdaten mit für die Herstellung der Materialstruktur verwendeten Konstruktionsdaten, die zumindest von Abschnitten der Materialstruktur im Wesentlichen lokal unterschiedliche charakteristische Eigenschaften angeben, Navigationsdaten des beweglichen Gerätes entlang der Oberfläche der Materialstruktur zu ermitteln.
Ferner wird diese Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Navigation eines beweglichen Gerätes ent- lang einer Oberfläche einer Materialstruktur, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem ersten Schritt,
charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten zu erzeugen,
gekennzeichnet durch einen zweiten Schritt,
aus einer Verknüpfung der ersten Messdaten mit für die Herstellung der Materialstruktur verwendeten Konstruktionsdaten, die zumindest von Abschnitten der Materialstruktur im Wesentlichen lokal unterschiedliche charakteristische Eigenschaften angeben, Navigationsdaten des beweglichen Gerätes entlang der Oberfläche der Materialstruktur zu ermitteln.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht demnach in der lokalen Erfassung der tatsächlich vorhandenen charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur, wozu insbesondere spezifische konstruktive Merkmale zählen, und der Verknüpfung der daraus gewonnenen Messdaten mit Konstruktionsdaten, die für die Herstellung der Materialstruktur verwendet worden sind. Diese Konstruktionsdaten, die die lokalen charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur wie beispielsweise Materialdicke, Schweißnäthe und/oder die Form von spezifischen Segmenten und/oder Substrukturen angeben und insbesondere auch Konstruktionspläne repräsentieren können, sind positionsabhängig und liegen heutzutage bevorzugt in Form von CAD-Daten vor. Die an einer bestimmten Stelle lokal gemessenen und in Form der ersten Messdaten vorliegenden charakteristischen Eigenschaften werden mit den in den Konstruktionsdaten enthaltenen positionsabhängigen charakteristischen Eigenschaften verglichen, und im Falle einer zumindest im Wesentlichen Übereinstimmung können dann die Positionsdaten, unter denen die übereinstimmenden lokalen charakteristischen Eigenschaften in den Konstruktionsdaten angegeben sind, für die Navigation des beweglichen Gerätes entlang der Oberfläche der Materialstruktur verwendet werden. Durch die Einbindung derartiger positionsabhängiger Konstruktionsdaten in die Navigation durch Verknüpfung mit den Messdaten wird die Genauigkeit der Navigation deutlich erhöht, ohne dass auf externe Positionsinformationen, wie sie beispiels- weise durch GPS, Radiotriangulation und/oder Funkverbindung zu einem Trägerfahrzeug erzeugt werden, zurückgegriffen werden muss. Selbstverständlich funktioniert die Erfindung nur dann, wenn von der Materialstruktur Konstruktionsdaten vorliegen, die zu deren Herstellung verwendet wurden, was insbesondere dann der Fall ist, wenn die Konstruktionsdaten in einem Speichermedium abgelegt sind und von dort abgerufen werden können.
Die Erfindung bietet ein vollständig autarkes System, das ohne externe Positionssignale, ohne eine Kabelverbindung und ohne eine externe Steuerung arbeitet. Die erfindungsgemäße Navigation ist unabhängig von dem Werkstoff der Materialstruktur und ebenfalls unabhängig von Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Beleuchtung und im Falle eines Schiffes Bewuchs. Aufwändige Kartierungs-, Kalibrierungs- und/oder Einrichtungsmaßnahmen sind ebenso wenig notwendig wie eine aufwändige Bildverarbeitung. Vielmehr erlaubt die Erfindung den Einsatz von kostengünstigen Sensoren wie beispielsweise Inertial- sensoren, wobei die verwendete Sensorik bei Bedarf auch zu weiteren Diagnosezwecken eingesetzt werden kann. Insbesondere wenn sich die charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur konstruktiv bedingt in geringen Abständen ändern, was dann durch die Konstruktionsdaten entsprechend dokumentiert ist, und dadurch eine besonders genaue Identifikation der relevanten Position realisieren lässt, ist der Einsatz von kostengünstigeren und somit ungenaueren Sensoren nicht kritisch.
Die Erfindung ist bevorzugt bei bewegten Fahrzeughüllen und insbesondere an Schiffsrümpfen einsetzbar. Allerdings ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, sondern lässt sich grundsätzlich an Oberflächen beliebiger Materialstrukturen verwenden. Beispielsweise kann die Erfindung auch als Teil eines Pipeline- Inspektionssystems an Oberflächen von Pipelines zur Anwendung kommen.
Aus dem Stand der Technik lässt sich nirgends die erfindungsgemäße Verwendung von positionsabhängigen, bevorzugt Konstruktionspläne repräsentierenden, Konstruktionsdaten und deren Einbindung in die Navigation entnehmen. Dies trifft auch auf das in der WO 2007/010265 A1 beschriebene System zu; denn die Erfindung bietet eine höhere Genauigkeit als jenes bekannte System, da nicht selbst eingemessene kartografische Daten, sondern die für die Herstellung der Materialstruktur ursprünglich zugrunde liegenden Konstruktionsdaten verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bevorzugt repräsentieren die Navigationsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs.
Bei einer bevorzugten Ausführung wird eine relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes auf bzw. entlang der Oberfläche der Materialstruktur mithil- fe einer zweiten Messeinrichtung erfasst, werden daraus entsprechend zweite Messdaten erzeugt und werden aus einer Verknüpfung dieser zweiten Messdaten mit den ersten Messdaten und den Konstruktionsdaten die Navigationsdaten des beweglichen Gerätes entlang der Oberfläche der Materialstruktur ermittelt. Mit dieser Ausführung lässt sich somit eine Koppelnavigation durchführen. Im Bereich der von den zweiten Messdaten angegebenen gekoppelten Position werden mithilfe der Konstruktionsdaten die an dieser Stelle zu erwartenden charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur ermittelt und mit den aktuell gemessenen lokalen charakteristischen Eigenschaften, die von den ersten Messdaten angegeben werden, verglichen. Bei Erfassung einer Änderung der charakteristischen Eigenschaften kann die Position entsprechend der Güte der Konstruktionsdaten in die Navigationsermittlung einfließen und die gekoppelte Position entsprechend korrigieren. Falls die Abstände zwischen den Änderungen der charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur gering sind, lassen sich häufig derartige Korrekturen durchführen, was zu einer Erhöhung der Genauigkeit der Navigation führt und insbesondere dadurch den Einsatz von kostengünstigen und somit ungenaueren Sensoren für die Koppelnavigation erlaubt.
Zweckmäßigerweise wird die relative Positionsveränderung des beweglichen Gerätes auf der Oberfläche der Materialstruktur gegenüber einem festgelegten Bezugspunkt erfasst, der vorzugsweise einen Anfangspunkt einer Bewegung des beweglichen Gerätes bilden kann. Zum Koppeln und somit zur Erfassung der relativen Positionsveränderung des beweglichen Gerätes auf der Oberfläche der Materialstruktur können eine vom beweglichen Gerät zurückgelegte Strecke, insbesondere mithilfe einer Hodometereinheit, eine Drehbewegung des beweglichen Gerätes, insbesondere mithilfe einer Gyrometereinheit, und/oder auf das bewegliche Gerät wirkende translatorische und/oder rotatorische Beschleunigungskräfte, insbesondere mithilfe einer Inertialsensoreinheit, gemessen werden.
Die charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur umfassen beispielsweise Abmessungen (wie Materialdicke), Formgebung, Werkstoffeigenschaften und/oder Oberflächenbeschaffenheit.
Vorzugsweise kann als erste Messeinrichtung eine Wirbelstrommesseinheit und/oder eine Ultraschallmesseinheit zum Messen einer Oberflächenbeschaffenheit und/oder eine Materialdicke der Materialstruktur verwendet werden.
Vorzugsweise werden mithilfe einer in der Auswerteeinrichtung vorgesehenen Navigationsrechnereinheit aus den zweiten Messdaten vorläufige Navigationsdaten ermittelt und mithilfe einer in der Auswerteeinheit ebenfalls vorgesehenen Korrektureinheit durch Verknüpfung der vorläufigen Navigationsdaten mit den ersten Messdaten und den Konstruktionsdaten korrigierte endgültige Navigationsdaten ermittelt. Die Konstruktionsdaten werden demnach zur Korrektur der Navigation verwendet.
Zweckmäßigerweise sind die Konstruktionsdaten in einem Speicher gespeichert, der ebenfalls in der Auswerteeinrichtung enthalten ist.
Vorzugsweise wird die Verknüpfung mithilfe eines Datenfusionsverfahrens durchgeführt, wozu eine entsprechende Datenfusionseinheit verwendet wird, die ebenfalls in der Auswerteeinrichtung enthalten ist. Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Reinigung der Oberfläche einer Materialstruktur, indem als bewegliches Gerät ein Reinigungsgerät verwendet wird, das entlang der Oberfläche der Materialstruktur bewegt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Rumpf eines Schiffes mit einem sich entlang der
Außenhaut bewegenden Roboter;
Fig. 1 a schematisch im Querschnitt eine ausschnittsweise Darstellung des
Schiffsrumpfes im Bereich seiner Außenhaut mit einem darauf angeordneten Roboter; und
Fig. 2 schematisch ein Blockschaltbild eines im Roboter eingebauten Navigationssystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist sehr schematisch ein Schiffsrumpf 2 dargestellt, welcher von einer Außenhaut 4 begrenzt wird, die in Fig. 1 a ausschnittsweise im Querschnitt schematisch gezeigt ist. Der Schiffsrumpf 2 weist eine Vielzahl von spezifischen Konstruktionsdetails auf, zu denen beispielsweise auch die in Fig. 1 schematisch dargestellten im Wesentlichen vertikal angeordneten Schotten oder Rahmen 6, die winklig oder rechtwinklig an der Innenseite der Außenhaut 6 angeordnet sind (Fig. 1a), und die an der Innenseite der Außenhaut 4 horizontal laufenden Strin- ger 8 gehören; obwohl Fig. 1 als Außenansicht auf den Schiffsrumpf 2 gedacht ist und deshalb in der Realität die Außenhaut 4 einen Blick in das Innere des Schiffsrumpfes 2 verhindert, ist zur besseren Erkennbarkeit der Anordnung aus Rahmen 6 und Stringern 8 in Fig. 1 für den Schiffsrumpf 2 sozusagen eine transparente Darstellung gewählt. Wie die Figuren 1 und 1a ferner schematisch erkennen lassen, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Roboter 10 vorgesehen, der sich an der Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 (Fig. 1 a) entlang auf einem vorbestimmten Weg 12 bewegt. Bevorzugt befindet sich der Roboter 10 dabei in Kontakt mit der Außenseite der Außenhaut 4 und ist mit entsprechenden, in den Figuren nicht dargestellten Antriebsmitteln ausgestattet, die es dem Roboter 10 erlauben, auf der Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 entlangzulaufen.
Bevorzugt wird der Roboter 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Inspektion der Außenhaut 4 und gegebenenfalls auch noch der an der Innenseite der Außenhaut 4 befindlichen Struktur des Schiffsrumpfes 2 und/oder zur Reinigung der Außenseite der Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 verwendet, wofür der Roboter 10 mit einer entsprechenden, in den Figuren nicht dargestellten Inspek- tionssensorik und/oder mit entsprechenden, ebenfalls in den Figuren nicht dargestellten Reinigungsgeräten ausgerüstet ist. Seine Bewegung bzw. Fahrt beginnt der Roboter 10 bevorzugt an einem vorbestimmten bzw. festgelegten Ausgangsort und bewegt sich entlang einer Bahn 12, deren Verlauf vorzugsweise ebenfalls vorbestimmt ist. Als Ausgangsort ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Garage 14 vorgesehen, die bevorzugt auf Höhe der Reling 4a der Außenhaut 4 angeordnet ist und den Roboter 10 in seiner Ruhestellung bei Nichtgebrauch aufnimmt. Wie in Fig. 1 ferner skizziert ist, wird in einem definierten Koordinatensystem X/Z navigiert, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Ursprung bzw. Nullpunkt "0" dieses Koordinatensystems X/Z in der Garage 14 liegt und außerdem gleichzeitig einen Anfangspunkt für den Weg 12 des Roboters 10 sowie einen Bezugspunkt für die Navigation, wie beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Betriebsweise für den Steuerkurs H, bildet.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild von für die Navigation verwendeten Komponenten, die im Roboter 10 eingebaut sind. Bei den im Ausführungsbeispiel dargestellten Komponenten 20, 22 und 24 handelt es sich um Sensoreinheiten. Die Sensoreinheit 20 verkörpert im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Hodo- meter 20 zur Erfassung der durch den Roboter 10 zurückgelegten Strecke entlang des Weges 12 (Fig. 1 ), so dass das Ausgangssignal P des Hodometers 20 Messwerte betreffend die zurückgelegte Strecke angibt. Die Sensoreinheit 22 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Inertialsensoreinheit auf, die aus einer Kombination aus Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren besteht und bevorzugt drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren enthält, um eine vom Roboter 10 durchgeführte Drehung sowie auf den Roboter 10 wirkende translatorische und/oder rotatorische Beschleunigungskräfte zu erfassen. Die Sensoreinheit 24 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Sensor zur Dickenmessung der Hülle bzw. Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 auf und kann hierfür beispielsweise einen Ultraschallsensor oder einen Wirbelstromsensor aufweisen, wobei das Ausgangssignal S dieser Sensoreinheit 24 im dargestellten Ausführungsbeispiel die Dicke der Hülle bzw. Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 angibt.
Die kombinierte Gyrometer- und Inertialsensoreinheit 22, die vorzugsweise eine MEMS-Sensorik enthält, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an eine Umrechnungseinheit 26 angeschlossen, die aus den Ausgangssignalen von der Sensoreinheit 22 ein Signal ermittelt, das den Steuerkurs H angibt. Dieses Steuerkurssignal H wird zusammen mit dem Ausgangssignal P vom Hodometer 20 an einen Navigationsrechner 28 übermittelt, der aus diesen Signalen die Position, die Geschwindigkeit und den Steuerkurs des Roboters 10 ermittelt, wobei diese Navigationswerte in einem gemeinsamen Signal N1 an eine Datenfusionseinheit 30 übermittelt werden. An diese Datenfusionseinheit 30 sind ferner im dargestellten Ausführungsbeispiel auch noch die Umrechnungseinheit 26 und die Sensoreinheit 24 angeschlossen, so dass das die Dicke angebende Signal S von der Sensoreinheit 24 ebenfalls an die Datenfusionseinheit 30 übermittelt wird. Schließlich ist an die Datenfusionseinheit 30 auch noch eine Datenbank 32 angeschlossen. In dieser Datenbank 32 sind die Konstruktionsdaten hinterlegt, die für die Herstellung des Schiffsrumpfes 2 oder zumindest dessen Außenhaut 4 verwendet wurden und bevorzugt Konstruktionszeichnungen vom Schiffsrumpf 2 und Karten von dessen Außenhaut 4 repräsentieren und deshalb üblicherweise als CAD-Daten vorliegen. Die aus der Datenbank 32 ausgelesenen Konstruktionsdaten werden als Signal C an die Datenfusionseinheit 30 übermittelt. In der Datenfusionseinheit 30 wird das Navigationssignal N1 mit dem die Dicke der Hülle bzw. Außenhaut 4 an der aktuell gemessenen Stelle angebenden Signal S von der Sensoreinheit 24, dem die zumindest an der Messstelle aktuell relevanten Konstruktionsdaten angebenden Signal C und dem Ausgangssignal von der Umrechnungseinheit 26 verknüpft und wird aus dieser Verknüpfung ein korrigiertes Navigationssignal N2 gebildet und ausgegeben. Bei diesem korrigierten Navigationssignal N2 handelt es sich um das endgültige Navigationssignal, das für die Navigation des Roboters 10 verwendet wird. Bevorzugt wird dieses Navigationssignal N2 an eine in den Figuren nicht dargestellte Steuerungseinrichtung übermittelt, welche die in den Figuren ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmittel zur Fortbewegung des Roboters 10 entsprechend steuert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestimmt der Roboter 10 somit seine Position relativ zum Ursprungs- bzw. Nullpunkt 0 des Koordinatensystems X/Z mittels Koppelnavigation durch Integration der im Signal P von der Hodometereinheit 20 übermittelten Hodometerdaten und der von der Sensoreinheit 22 gemessenen Drehraten. Um eine eventuelle rotatorische Bewegung des Roboters 0 zu kompensieren, hält der Roboter 10 in definierten Intervallen an, damit die Sensoreinheit 22 seine Bewegungen messen kann, wobei die zuvor erwähnte Kompensation in der nachgeschalteten Umrechnungseinheit 26 stattfindet.
Unter Verwendung der gekoppelten Position, die vom Navigationsrechner 28 ermittelt und im Signal N1 ausgegeben wird, werden aus der Datenbank 32 diejenigen Konstruktionsdaten ermittelt, die für den Bereich der aktuellen Messstelle relevant sind und insbesondere die dort erwartete Dicke der Außenhaut 4 angeben, und mit dem von der Sensoreinheit 24 aktuell gemessenen und im Signal S enthaltenen Wert für die Dicke der Außenhaut 4 in der Datenfusionseinheit 30 verglichen. Bei Feststellung einer Abweichung werden die Navigationsdaten und insbesondere die Koppelposition gemäß Signal N1 in der Datenfusionseinheit 30 unter Verwendung der Konstruktionsdaten gemäß Signal C entsprechend korrigiert und in Form des korrigierten Navigationssignals N2 ausgegeben. Falls konstruktiv bedingte Änderungen in der Konstruktion und insbesondere der Dicke der Außenhaut 4 in geringen Abständen voneinander auftreten, lässt sich das Navigationssignal N1 entsprechend häufig korrigieren bzw. anpassen, wo- durch der Einsatz von kostengünstigeren und ungenaueren Sensoren für die Koppelnavigation möglich wird. Zusätzlich können mithilfe der in der Datenbank 32 abgespeicherten Konstruktionsdaten bestimmte Regionen der Außenhaut 4 des Schiffsrumpfes 2 und somit konstruktive Hindemisse erkannt werden. Abschließend sei noch angemerkt, dass für eine ordnungsgemäße Navigation gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel Konstruktionsdaten mit einer hinreichenden Genauigkeit sowie hinreichend feststellbare Dickenänderungen in der Außenhaut 4 des Schiffs rümpf es 2 vorliegen müssen.
Next Patent: METHOD FOR PRODUCING A COMPLEX SMOOTH MICROMECHANICAL PART