Maßgeschneiderte Elektronikbaugruppen für Indoor-Drohnen

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Indoor-Drohne ROBi bei der Kanalinspektion.
Indoor-Drohne ROBi bei der Kanalinspektion. (Bild: Simon Eymann | kopterwork)

Wie abhängig Drohnen von qualitativ hochwertigen und funktionierenden Leiterplatten, Bauteilen und Lotstellen sind, zeigt sich insbesondere beim Fliegen in geschlossenen Räumen. Der Quadrocopter ROBi wurde für genau diese anspruchsvollen Einsätze in Bauwerken entwickelt.

„Viele UAS werden mit Standardkomponenten ausgerüstet. Aber beim Fliegen in geschlossenen Räumen kommt es auch auf eine gute Kommunikations- und Navigationsübertragung an sowie auf leistungsstarke, dimmbare, kleine Scheinwerfer“, weiß Jörg Nolte, Produktmanager Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme bei Ersa. In diesen Fällen kann auf Standardlösungen nicht immer zurückgegriffen und es müssen eigene Entwicklungen durchgeführt werden, wie das Beispiel des deutschen Drohnenherstellers U-ROB zeigt.

ROBi benötigt keinen Kompasssensor für den Flug

Eine weitere Herausforderung beim Drohneneinsatz in der Inneninspektion, beispielsweise von Industrieanlagen, liegt darin, dass herkömmliche Drohnen stets einen Kompasssensor zur sicheren Flugdurchführung benötigen. Durch elektromagnetische Felder, Stahlstruktur der Anlage oder beispielsweise Bewehrungsstahl in Betoninfrastruktur können die meisten im Markt verfügbaren Drohnen nicht in der Inneninspektion von Industrieanlagen eingesetzt werden. Die ROBi Indoordrohne benötigt keinen Kompasssensor mehr für den Flug und kann daher durch diese Umgebungsbedingungen nicht beeinträchtigt werden.

Das Steuern der Drohne und auch die Kommunikation in Räumen können durch die Umgebung stark eingeschränkt sein. „Es geht dabei um Einsätze wie die Inspektion von Rohrleitungen und Brennkammern in Kraftwerken, die Begutachtung von Schornsteinen und dem Inneren von Brückenbauwerken sowie die Tank- und Abwasserleitungsinspektion“, erklärt Joseph Metz, Gründer und Geschäftsführer von U-ROB.

„Insbesondere wurde die Reichweite der Funkstrecken für die Steuerung und HD-Bildübertragung auch unter starken Reflektionen – beispielsweise beim Einsatz in einem Stahltank – gegenüber herkömmlichen Funksystemen erhöht. In der Praxis werden aktuell z.B. bei einem Inspektionseinsatz in einem Betonrohr, selbst wenn die Drohne hinter einer Kurve verschwindet, Reichweiten von ca. 450 m erreicht“, führt Metz weiter aus.

Wechselmechanismus für unterschiedliche Sensor- und Kamerasysteme

Der ROBi ist mit einem Wechselmechanismus für unterschiedliche Sensoriken und Kamerasysteme ausgestattet. Dadurch kann das System sehr flexibel eingesetzt werden.

„Nehmen wir mal das Beispiel, dass wir bei der Inneninspektion eines Großtanks eine möglicherweise schadhafte Stelle an einer Schweißnaht auf den Übertragungsbildern der Kamera entdeckt haben. Wir können nun das Kamerasystem gegen ein System zur Schichtdickenmessung oder Probenentnahme austauschen und können dadurch dem Auftraggeber gezielt sagen, wie gravierend die Schadstelle ist “, erläutert Metz. So kann für einen Großtank eine Komplettinspektion innerhalb von wenigen Stunden durchgeführt werden. Im Gegensatz dazu führen herkömmliche Überprüfungen zu Ausfallzeiten der Anlage von mehreren Tagen.

Selbstentwickeltes Kamera-Lichtsystem

Für diese Einsätze ist der ROBi mit einer sehr lichtstarken RGB-Kamera ausgestattet, die eine Auflösung von 12 Mpx besitzt. Da der ROBi meist in dunklen Umgebungsbedingungen operiert, wurde die Kamera mit dimmbaren Hochleistungs-LEDs ausgestattet. Diese lassen sich mit einer Fernbedingung dimmen und ermöglichen verschiedene Einsatzmöglichkeiten: Die hohe Lichtleistung hilft dabei, in Umgebungsbedingungen mit Verrußung der Oberflächen, z.B. zur Inspektion einer Infrastruktur nach Brandschäden, eine nutzbare Bildqualität zu erreichen. Damit es jedoch auf stark reflektierenden Oberflächen, z.B. aus Edelstahl, nicht zu Überbelichtung der Kamera kommt, wir die LED einfach gedimmt. Die Kamera und LEDs sind vibrationsentkoppelt aufgehängt und können per Fernbedienung um 180 Grad nach oben und unten geschwenkt werden.

„Bei dem Großteil der elektronischen Komponenten versuchen wir, auf bestehende Baugruppen zuzugreifen. Aber gerade bei unserem Kamera-Lichtsystem mussten wir eigene Lösungen entwickeln. Im Verlauf der Entwicklung wurden diese schließlich immer wieder angepasst und optimiert. Dies erfolgte in unserer Entwicklungsabteilung“, berichtet Metz.

Auf engstem Raum werden die LEDs auf die Baugruppen in Handarbeit aufgelötet.
Auf engstem Raum werden die LEDs auf die Baugruppen in Handarbeit aufgelötet. (Bild: U-ROB)

Dabei wurden immer wieder auf engstem Raum neue LEDs auf die Baugruppen in Handarbeit aufgelötet. Auch die Schnittstellen der einzelnen Payloads zur Drohne selbst mussten intern entwickelt, angepasst und zur Serienreife gebracht werden. Dabei war die Entwicklung einer zuverlässigen Kontaktierung unumgänglich, da die Möglichkeit des Payloadwechsels ein Alleinstellungsmerkmal des ROBi ist. In der Elektronikentwicklung und -fertigung griff U-ROB auf die Lötwerkzeuge des deutschen Herstellers Ersa zurück.

„Wir beobachten den Drohnenmarkt seit geraumer Zeit. Dabei haben wir festgestellt, dass sich gerade europäische Hersteller weiter spezialisieren. Dadurch steigen natürlich auch die Anforderungen an die Qualität und die eingesetzten Technologien, was gerade durch die Anwendungen selbst sowie die Miniaturisierung der Baugruppen hervorgerufen wird. Wir scheinen für die anspruchsvollen Aufgaben bei der Herstellung von Drohnen die richtigen Lösungen im Bereich des manuellen Lötens bereitzuhalten, denn die Anfragen aus der Drohnenbranche steigen“, erklärt Nolte.

Die Feststellung Ersas bezüglich der Spezialisierung der Drohnenbranche teilt Metz. U-ROB hatte bei der Entwicklung von Beginn an Inspektionsanwendungen im Industriesektor im Fokus und die bisherige Geschäftsentwicklung des ROBi gibt dem Unternehmer aus Bielefeld Recht.

ROBi ist seit diesem Jahr für einen Grundpreis von circa 18.000 Euro erhältlich. Anfang 2020 werden weitere Nutzlastoptionen, wie Schichtdickenmessung oder Wärmebild für die Indoor-Drohne in Serie gebracht.

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