WO2012104109A1 - Device and method for navigating a movable device along a surface of a material structure - Google Patents

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WO2012104109A1
WO2012104109A1 PCT/EP2012/050120 EP2012050120W WO2012104109A1 WO 2012104109 A1 WO2012104109 A1 WO 2012104109A1 EP 2012050120 W EP2012050120 W EP 2012050120W WO 2012104109 A1 WO2012104109 A1 WO 2012104109A1
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PCT/EP2012/050120
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Hendrik SCHWAB
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Raytheon Anschütz Gmbh
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    • G05D1/0272—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising means for registering the travel distance, e.g. revolutions of wheels

Definitions

  • the invention relates to a device for navigating a mobile device along a surface of a material structure, having a first measuring device, which is designed to locally detect characteristic properties of the material structure and to generate corresponding first measurement data. Furthermore, the invention relates to a method for navigating a mobile device along a surface of a material structure, in particular using a device of the aforementioned type, wherein characteristic properties of the material structure are detected locally and correspondingly first measurement data are generated.
  • Such a device and such a method are used, for example, in the context of a controller to specifically move an inspection and / or cleaning device along the hull of a vehicle such as in particular a ship's hull for inspection and / or cleaning.
  • WO 2007/010265 A1 describes a robot unit for inspecting and cleaning a ship's hull, wherein for determining the position a magnetic field sor and an optical sensor can be used. With the magnetic sensor deviations in the magnetic flux through the surface of the ship's hull or through a structure below the surface in the ship's hull are detected, using in particular the frame structure of the ship while the optical sensor is used to track the movement of the robot unit along the hull surface. To determine the position of this known system uses only so-called. Landmarks that were found during a mapping trip of the robot unit and are used for navigation by positioning the robot unit between these landmarks. However, the method used for positioning the robot unit between the landmarks is very complex. In addition, due to the use of the magnetic sensor, the known system is essentially limited only to use in a metallic environment and the use of an optical sensor on reflective surfaces.
  • WO 86/00860 A1 describes an inspection robot for ship hulls, but which is only externally controlled and therefore wired.
  • a gyroscope is used, wherein, among other things, information about its direction of motion can be derived from the determined angle of rotation of the robot.
  • the robot is navigated in this known system by a television camera.
  • an ultrasonic sensor is provided, which is used for inspection purposes.
  • US 2005/0015209 A1 discloses an eddy current testing unit which is positioned on the surface of an object to be examined by means of purely optical navigation and generates eddy currents in order to determine the surface quality or surface thickness.
  • a device for navigating a mobile device along a surface of a material structure with a first measuring device, which is designed to locally detect characteristic properties of the material structure and to generate corresponding first measurement data, characterized by an evaluation device, which is designed to determine navigation data of the movable device along the surface of the material structure from a combination of the first measurement data with construction data used for producing the material structure, which indicate at least sections of the material structure substantially locally different characteristic properties.
  • this object is achieved by a method for navigating a mobile device. long of a surface of a material structure, in particular using a device according to at least one of the preceding claims, with a first step,
  • the solution according to the invention therefore consists in the local detection of the actually existing characteristic properties of the material structure, including in particular specific design features, and the linking of the measurement data obtained therefrom with design data which have been used for the production of the material structure.
  • design data which may indicate the local characteristics of the material structure, such as material thickness, welds and / or the shape of specific segments and / or substructures, and in particular also represent design plans, are location dependent and are presently preferably in the form of CAD data.
  • the characteristic properties locally measured and present in the form of the first measurement data are compared with the position-dependent characteristic properties contained in the design data, and in the case of an at least substantially coincidence then the position data under which the matching local characteristic properties in the Design data are used for the navigation of the moving device along the surface of the material structure.
  • the integration of such position-dependent design data in the navigation by linking with the measurement data the accuracy of the navigation is significantly increased without the need for external position information, such as be generated by GPS, Radiotriangulation and / or wireless connection to a carrier vehicle, must be resorted to.
  • the invention only works if there are design data of the material structure which were used for their production, which is especially the case when the design data are stored in a storage medium and can be retrieved from there.
  • the invention provides a completely self-sufficient system which operates without external position signals, without a cable connection and without external control.
  • the inventive navigation is independent of the material of the material structure and also independent of environmental conditions such as lighting and in the case of a ship fouling. Elaborate mapping, calibration and / or installation measures are just as unnecessary as a complex image processing. Rather, the invention allows the use of cost-effective sensors such as inertial sensors, wherein the sensor used can also be used for further diagnostic purposes if necessary.
  • the characteristic properties of the material structure due to the design change in small distances, which is then documented by the design data accordingly, and thereby realize a particularly accurate identification of the relevant position, the use of less expensive and thus inaccurate sensors is not critical.
  • the invention is preferably used in moving vehicle casings and in particular on ship hulls.
  • the invention is not limited to this, but can basically be used on surfaces of any material structures.
  • the invention may also be used as part of a pipeline inspection system on pipelines' surfaces.
  • the navigation data preferably represents position, speed and / or course.
  • a relative change in position of the movable device on or along the surface of the material structure is detected by means of a second measuring device, second measurement data are generated therefrom and become the navigation data from a combination of these second measured data with the first measurement data and the design data of the movable device along the surface of the material structure determined.
  • a dead reckoning can thus be carried out.
  • the design data are used to determine the characteristic properties of the material structure to be expected at this point and compared with the currently measured local characteristic properties which are indicated by the first measured data.
  • the position can be included in the navigation determination according to the quality of the design data and correct the coupled position accordingly. If the distances between the changes in the characteristic properties of the material structure are small, such corrections can often be carried out, which leads to an increase in the accuracy of the navigation and in particular thereby allows the use of cost-effective and thus inaccurate sensors for dead-reckoning.
  • the relative change in position of the movable device on the surface of the material structure with respect to a fixed Detected reference point which may preferably form a starting point of movement of the movable device.
  • a distance traveled by the movable device in particular by means of a hodometer unit, a rotary movement of the movable device, in particular by means of a gyrometer unit, and / or acting on the movable device translational and / or rotational acceleration forces, in particular by means of an inertial sensor unit, are measured.
  • the characteristic properties of the material structure include, for example, dimensions (such as material thickness), shaping, material properties and / or surface properties.
  • a vortex flow measuring unit and / or an ultrasonic measuring unit for measuring a surface condition and / or a material thickness of the material structure can be used as the first measuring device.
  • preliminary navigation data are determined from the second measured data by means of a navigation computer unit provided in the evaluation device and final navigation data corrected by linking the preliminary navigation data with the first measured data and the design data is determined by means of a correction unit likewise provided in the evaluation unit.
  • the design data is therefore used to correct the navigation.
  • the design data is stored in a memory which is also included in the evaluation device.
  • the linkage is preferably carried out by means of a data fusion method, for which purpose a corresponding data fusion unit is used, which is likewise contained in the evaluation device.
  • a preferred application of the solution according to the invention is the cleaning of the surface of a material structure by using as a mobile device a cleaning device which is moved along the surface of the material structure.
  • Fig. 1 shows schematically the hull of a ship with a along the
  • FIG. 1a schematically in cross section a fragmentary view of the
  • FIG. 2 schematically shows a block diagram of a navigation system installed in the robot according to a preferred embodiment of the invention.
  • a ship's hull 2 is shown very schematically, which is bounded by an outer skin 4, which is shown in Fig. 1 a fragmentary cross-section schematically.
  • the hull 2 has a plurality of specific construction details, including, for example, the substantially vertically arranged bulkheads or frames 6 shown schematically in FIG. 1, which are arranged at an angle or at right angles to the inside of the outer skin 6 (FIG the strands 8 running horizontally on the inside of the outer skin 4 belong;
  • FIG. 1 is intended as an external view of the hull 2 and therefore in reality prevents the outer skin 4 from looking into the interior of the ship hull 2, the arrangement of the frame 6 and stringers 8 in FIG.
  • a robot 10 is provided in the exemplary embodiment shown, which moves along the outer skin 4 of the hull 2 (FIG. 1 a) along a predetermined path 12.
  • the robot 10 is in contact with the outside of the outer skin 4 and is equipped with corresponding drive means, not shown in the figures, which allow the robot 10 to run along the outer skin 4 of the hull 2.
  • the robot 10 is used in the illustrated embodiment for inspection of the outer skin 4 and possibly also the located on the inside of the outer skin 4 structure of the hull 2 and / or for cleaning the outside of the outer skin 4 of the hull 2, for which the robot 10 with a corresponding, not equipped in the figures Inspek- tion sensors and / or equipped with corresponding, also not shown in the figures cleaning devices.
  • the robot 10 preferably begins at a predetermined or fixed starting location and moves along a path 12, whose course is preferably also predetermined.
  • a garage 14 is provided in the illustrated embodiment, which is preferably arranged at the level of the rail 4a of the outer skin 4 and the robot 10 receives in its rest position when not in use.
  • navigation is effected in a defined coordinate system X / Z, the origin or zero point "0" of this coordinate system X / Z lying in the garage 14 in the exemplary embodiment shown, and, at the same time, a starting point for the path 12 of the robot 10 as well as a reference point for the navigation, such as in the operation for the heading H shown in Fig. 1, forms.
  • FIG. 2 schematically shows a block diagram of components used for navigation, which are installed in the robot 10.
  • the components 20, 22 and 24 shown in the exemplary embodiment are sensor units.
  • the sensor unit 20 embodies a hodometer 20 for detecting the distance covered by the robot 10 along the path 12 (FIG. 1), so that the output signal P of the odometer 20 Indicates measured values concerning the distance covered.
  • the sensor unit 22 has in the illustrated embodiment, an inertial sensor unit, which consists of a combination of acceleration sensors and rotation rate sensors and preferably contains three acceleration sensors and three rotation rate sensors to detect a performed by the robot 10 rotation and acting on the robot 10 translational and / or rotational acceleration forces ,
  • the sensor unit 24 has in the illustrated embodiment, a sensor for measuring the thickness of the shell or outer skin 4 of the ship's hull 2 and may for example comprise an ultrasonic sensor or an eddy current sensor, the output signal S of this sensor unit 24 in the illustrated embodiment, the thickness of the shell or outer skin. 4 of the hull 2 indicates.
  • This control signal H is transmitted together with the output signal P from the odometer 20 to a navigation computer 28 which determines from these signals the position, the speed and the heading of the robot 10, these navigation values being transmitted in a common signal N1 to a data fusion unit 30.
  • the conversion unit 26 and the sensor unit 24 are also connected to this data fusion unit 30 so that the signal S indicative of the thickness is also transmitted from the sensor unit 24 to the data fusion unit 30.
  • a database 32 is also connected to the data fusion unit 30.
  • the design data are stored, which were used for the production of the ship's hull 2 or at least its outer skin 4 and preferably design drawings of the ship's hull 2 and maps of the outer skin 4 represent and therefore usually present as CAD data.
  • the design data read from the database 32 are transmitted as a signal C to the data fusion unit 30.
  • the navigation signal N1 with the thickness of the Shell or outer skin 4 at the currently measured point indicating signal S from the sensor unit 24, the at least at the measuring point currently relevant design data indicative signal C and the output signal from the conversion unit 26 linked and from this link a corrected navigation signal N2 is formed and output ,
  • This corrected navigation signal N2 is the final navigation signal used for the navigation of the robot 10.
  • this navigation signal N2 is transmitted to a control device, not shown in the figures, which controls the not shown in the figures drive means for locomotion of the robot 10 accordingly.
  • the robot 10 determines its position relative to the origin or zero point 0 of the coordinate system X / Z by means of dead reckoning integration of the transmitted in the signal P from the hodometer 20 odometer data and the rotation rate measured by the sensor unit 22.
  • the robot 10 stops at defined intervals so that the sensor unit 22 can measure its movements, wherein the aforementioned compensation takes place in the downstream conversion unit 26.
  • the navigation computer 28 and output in the signal N1 Using the coupled position, which is determined by the navigation computer 28 and output in the signal N1, those design data are determined from the database 32, which are relevant to the area of the current measuring point and indicate in particular the expected thickness of the outer skin 4, and with from the sensor unit 24 currently measured and contained in the signal S value for the thickness of the outer skin 4 in the data fusion unit 30 compared. If a deviation is detected, the navigation data and in particular the coupling position according to signal N1 in the data fusion unit 30 are correspondingly corrected using the design data according to signal C and output in the form of the corrected navigation signal N2. If design-related changes in the construction and in particular the thickness of the outer skin 4 occur at short distances from one another, the navigation signal N1 can be corrected or adapted correspondingly frequently.

Abstract

The invention relates to a device and method for navigating a movable device (10) along a surface of a material structure, wherein characteristic properties of the material structure are locally recorded and first measurement data (S) are accordingly generated. The special feature of the invention is that navigation data (N2) of the movable device (10) along the surface of the material structure are determined by combining the first measurement data (S) with design data (C) which are used for the production of the material structure and which indicate essentially locally different characteristic properties at least of sections of the material structure.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Navigation eines beweglichen Gerätes entlang einer Oberfläche einer Materialstruktur  Apparatus and method for navigating a mobile device along a surface of a material structure
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. The invention relates to a device for navigating a mobile device along a surface of a material structure, having a first measuring device, which is designed to locally detect characteristic properties of the material structure and to generate corresponding first measurement data. Furthermore, the invention relates to a method for navigating a mobile device along a surface of a material structure, in particular using a device of the aforementioned type, wherein characteristic properties of the material structure are detected locally and correspondingly first measurement data are generated.
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. Such a device and such a method are used, for example, in the context of a controller to specifically move an inspection and / or cleaning device along the hull of a vehicle such as in particular a ship's hull for inspection and / or cleaning.
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. WO 2007/010265 A1 describes a robot unit for inspecting and cleaning a ship's hull, wherein for determining the position a magnetic field sor and an optical sensor can be used. With the magnetic sensor deviations in the magnetic flux through the surface of the ship's hull or through a structure below the surface in the ship's hull are detected, using in particular the frame structure of the ship while the optical sensor is used to track the movement of the robot unit along the hull surface. To determine the position of this known system uses only so-called. Landmarks that were found during a mapping trip of the robot unit and are used for navigation by positioning the robot unit between these landmarks. However, the method used for positioning the robot unit between the landmarks is very complex. In addition, due to the use of the magnetic sensor, the known system is essentially limited only to use in a metallic environment and the use of an optical sensor on reflective surfaces.
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. WO 86/00860 A1 describes an inspection robot for ship hulls, but which is only externally controlled and therefore wired. To determine a change in direction during the movement of the robot, for example, a gyroscope is used, wherein, among other things, information about its direction of motion can be derived from the determined angle of rotation of the robot. The robot is navigated in this known system by a television camera. Furthermore, an ultrasonic sensor is provided, which is used for inspection purposes.
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. US 2005/0015209 A1 discloses an eddy current testing unit which is positioned on the surface of an object to be examined by means of purely optical navigation and generates eddy currents in order to determine the surface quality or surface thickness.
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. From WO 02/086474 A1 a device for the non-destructive examination of surfaces is known, wherein the position and rotation detection in turn takes place by means of optical measuring methods and therefore to reflective surfaces is limited, but the measured values obtained from it are not used for controlling the movement of the device.
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. Although the systems described above are characterized by the fact that they are used for the navigation or position determination of a mobile device on the surface of a material structure without the use of external position information such as by the GPS system (GPS = Global Positioning System) Radiotriangulation or make a radio connection to a host vehicle and thus do not need such external position information. However, the known devices and methods are quite inaccurate and sometimes complex to handle, especially when mapping and / or calibration trips are needed.
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. It is an object of the present invention to increase the accuracy of a device and a method of the type mentioned, without having to resort to external position information such as GPS, Radiotriangulation or wireless connection to a host vehicle and / or mapping and / or calibration drives required are.
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. This object is achieved according to a first aspect of the present invention by a device for navigating a mobile device along a surface of a material structure, with a first measuring device, which is designed to locally detect characteristic properties of the material structure and to generate corresponding first measurement data, characterized by an evaluation device, which is designed to determine navigation data of the movable device along the surface of the material structure from a combination of the first measurement data with construction data used for producing the material structure, which indicate at least sections of the material structure substantially locally different characteristic properties.
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, Furthermore, according to a second aspect of the present invention, this object is achieved by a method for navigating a mobile device. long of a surface of a material structure, in particular using a device according to at least one of the preceding claims, with a first step,
charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten zu erzeugen,  to locally record characteristic properties of the material structure and to generate corresponding first measurement data,
gekennzeichnet durch einen zweiten Schritt, characterized by a second step,
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.  from a combination of the first measurement data with design data used for the production of the material structure, which indicate at least sections of the material structure substantially locally different characteristic properties, to determine navigation data of the movable device along the surface of the material structure.
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. The solution according to the invention therefore consists in the local detection of the actually existing characteristic properties of the material structure, including in particular specific design features, and the linking of the measurement data obtained therefrom with design data which have been used for the production of the material structure. These design data, which may indicate the local characteristics of the material structure, such as material thickness, welds and / or the shape of specific segments and / or substructures, and in particular also represent design plans, are location dependent and are presently preferably in the form of CAD data. The characteristic properties locally measured and present in the form of the first measurement data are compared with the position-dependent characteristic properties contained in the design data, and in the case of an at least substantially coincidence then the position data under which the matching local characteristic properties in the Design data are used for the navigation of the moving device along the surface of the material structure. The integration of such position-dependent design data in the navigation by linking with the measurement data, the accuracy of the navigation is significantly increased without the need for external position information, such as be generated by GPS, Radiotriangulation and / or wireless connection to a carrier vehicle, must be resorted to. Of course, the invention only works if there are design data of the material structure which were used for their production, which is especially the case when the design data are stored in a storage medium and can be retrieved from there.
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. The invention provides a completely self-sufficient system which operates without external position signals, without a cable connection and without external control. The inventive navigation is independent of the material of the material structure and also independent of environmental conditions such as lighting and in the case of a ship fouling. Elaborate mapping, calibration and / or installation measures are just as unnecessary as a complex image processing. Rather, the invention allows the use of cost-effective sensors such as inertial sensors, wherein the sensor used can also be used for further diagnostic purposes if necessary. In particular, if the characteristic properties of the material structure due to the design change in small distances, which is then documented by the design data accordingly, and thereby realize a particularly accurate identification of the relevant position, the use of less expensive and thus inaccurate sensors is not critical.
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. The invention is preferably used in moving vehicle casings and in particular on ship hulls. However, the invention is not limited to this, but can basically be used on surfaces of any material structures. For example, the invention may also be used as part of a pipeline inspection system on pipelines' surfaces.
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. The use according to the invention of position-dependent design data which preferably represents construction plans and their integration into the navigation can nowhere be inferred from the prior art. This also applies to the system described in WO 2007/010265 A1; because the The invention provides a higher level of accuracy than the known system because it does not use self-measured cartographic data, but uses the design data originally used to make the material structure.
Bevorzugte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Preferred embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bevorzugt repräsentieren die Navigationsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs. The navigation data preferably represents position, speed and / or course.
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. In a preferred embodiment, a relative change in position of the movable device on or along the surface of the material structure is detected by means of a second measuring device, second measurement data are generated therefrom and become the navigation data from a combination of these second measured data with the first measurement data and the design data of the movable device along the surface of the material structure determined. With this embodiment, a dead reckoning can thus be carried out. In the area of the coupled position indicated by the second measured data, the design data are used to determine the characteristic properties of the material structure to be expected at this point and compared with the currently measured local characteristic properties which are indicated by the first measured data. Upon detection of a change in the characteristic properties, the position can be included in the navigation determination according to the quality of the design data and correct the coupled position accordingly. If the distances between the changes in the characteristic properties of the material structure are small, such corrections can often be carried out, which leads to an increase in the accuracy of the navigation and in particular thereby allows the use of cost-effective and thus inaccurate sensors for dead-reckoning.
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. Conveniently, the relative change in position of the movable device on the surface of the material structure with respect to a fixed Detected reference point, which may preferably form a starting point of movement of the movable device. For coupling and thus for detecting the relative change in position of the movable device on the surface of the material structure, a distance traveled by the movable device, in particular by means of a hodometer unit, a rotary movement of the movable device, in particular by means of a gyrometer unit, and / or acting on the movable device translational and / or rotational acceleration forces, in particular by means of an inertial sensor unit, are measured.
Die charakteristischen Eigenschaften der Materialstruktur umfassen beispielsweise Abmessungen (wie Materialdicke), Formgebung, Werkstoffeigenschaften und/oder Oberflächenbeschaffenheit. The characteristic properties of the material structure include, for example, dimensions (such as material thickness), shaping, material properties and / or surface properties.
Vorzugsweise kann als erste Messeinrichtung eine Wirbelstrommesseinheit und/oder eine Ultraschallmesseinheit zum Messen einer Oberflächenbeschaffenheit und/oder eine Materialdicke der Materialstruktur verwendet werden. Preferably, a vortex flow measuring unit and / or an ultrasonic measuring unit for measuring a surface condition and / or a material thickness of the material structure can be used as the first measuring device.
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. Preferably, preliminary navigation data are determined from the second measured data by means of a navigation computer unit provided in the evaluation device and final navigation data corrected by linking the preliminary navigation data with the first measured data and the design data is determined by means of a correction unit likewise provided in the evaluation unit. The design data is therefore used to correct the navigation.
Zweckmäßigerweise sind die Konstruktionsdaten in einem Speicher gespeichert, der ebenfalls in der Auswerteeinrichtung enthalten ist. Conveniently, the design data is stored in a memory which is also included in the evaluation device.
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. The linkage is preferably carried out by means of a data fusion method, for which purpose a corresponding data fusion unit is used, which is likewise contained in the evaluation device. A preferred application of the solution according to the invention is the cleaning of the surface of a material structure by using as a mobile device a cleaning device which is moved along the surface of the material structure.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. Show it:
Fig. 1 schematisch den Rumpf eines Schiffes mit einem sich entlang der Fig. 1 shows schematically the hull of a ship with a along the
Außenhaut bewegenden Roboter;  Outer skin moving robot;
Fig. 1 a schematisch im Querschnitt eine ausschnittsweise Darstellung des Fig. 1a schematically in cross section a fragmentary view of the
Schiffsrumpfes im Bereich seiner Außenhaut mit einem darauf angeordneten Roboter; und  Ship's hull in the area of its outer skin with a robot arranged thereon; and
Fig. 2 schematisch ein Blockschaltbild eines im Roboter eingebauten Navigationssystems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 schematically shows a block diagram of a navigation system installed in the robot according to a preferred embodiment of the invention.
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. In Fig. 1, a ship's hull 2 is shown very schematically, which is bounded by an outer skin 4, which is shown in Fig. 1 a fragmentary cross-section schematically. The hull 2 has a plurality of specific construction details, including, for example, the substantially vertically arranged bulkheads or frames 6 shown schematically in FIG. 1, which are arranged at an angle or at right angles to the inside of the outer skin 6 (FIG the strands 8 running horizontally on the inside of the outer skin 4 belong; Although FIG. 1 is intended as an external view of the hull 2 and therefore in reality prevents the outer skin 4 from looking into the interior of the ship hull 2, the arrangement of the frame 6 and stringers 8 in FIG. 1 for the ship hull 2 is for better recognition a transparent representation, so to speak. As can also be seen schematically from FIGS. 1 and 1a, a robot 10 is provided in the exemplary embodiment shown, which moves along the outer skin 4 of the hull 2 (FIG. 1 a) along a predetermined path 12. Preferably, the robot 10 is in contact with the outside of the outer skin 4 and is equipped with corresponding drive means, not shown in the figures, which allow the robot 10 to run along the outer skin 4 of the hull 2.
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. Preferably, the robot 10 is used in the illustrated embodiment for inspection of the outer skin 4 and possibly also the located on the inside of the outer skin 4 structure of the hull 2 and / or for cleaning the outside of the outer skin 4 of the hull 2, for which the robot 10 with a corresponding, not equipped in the figures Inspek- tion sensors and / or equipped with corresponding, also not shown in the figures cleaning devices. Its movement or travel, the robot 10 preferably begins at a predetermined or fixed starting location and moves along a path 12, whose course is preferably also predetermined. As a starting point, a garage 14 is provided in the illustrated embodiment, which is preferably arranged at the level of the rail 4a of the outer skin 4 and the robot 10 receives in its rest position when not in use. As is further outlined in FIG. 1, navigation is effected in a defined coordinate system X / Z, the origin or zero point "0" of this coordinate system X / Z lying in the garage 14 in the exemplary embodiment shown, and, at the same time, a starting point for the path 12 of the robot 10 as well as a reference point for the navigation, such as in the operation for the heading H shown in Fig. 1, forms.
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. FIG. 2 schematically shows a block diagram of components used for navigation, which are installed in the robot 10. The components 20, 22 and 24 shown in the exemplary embodiment are sensor units. In the embodiment shown, the sensor unit 20 embodies a hodometer 20 for detecting the distance covered by the robot 10 along the path 12 (FIG. 1), so that the output signal P of the odometer 20 Indicates measured values concerning the distance covered. The sensor unit 22 has in the illustrated embodiment, an inertial sensor unit, which consists of a combination of acceleration sensors and rotation rate sensors and preferably contains three acceleration sensors and three rotation rate sensors to detect a performed by the robot 10 rotation and acting on the robot 10 translational and / or rotational acceleration forces , The sensor unit 24 has in the illustrated embodiment, a sensor for measuring the thickness of the shell or outer skin 4 of the ship's hull 2 and may for example comprise an ultrasonic sensor or an eddy current sensor, the output signal S of this sensor unit 24 in the illustrated embodiment, the thickness of the shell or outer skin. 4 of the hull 2 indicates.
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. The combined gyrometer and inertial sensor unit 22, which preferably contains a MEMS sensor, is connected in the illustrated embodiment to a conversion unit 26, which determines from the output signals from the sensor unit 22, a signal indicating the heading H. This control signal H is transmitted together with the output signal P from the odometer 20 to a navigation computer 28 which determines from these signals the position, the speed and the heading of the robot 10, these navigation values being transmitted in a common signal N1 to a data fusion unit 30. In the illustrated exemplary embodiment, the conversion unit 26 and the sensor unit 24 are also connected to this data fusion unit 30 so that the signal S indicative of the thickness is also transmitted from the sensor unit 24 to the data fusion unit 30. Finally, a database 32 is also connected to the data fusion unit 30. In this database 32, the design data are stored, which were used for the production of the ship's hull 2 or at least its outer skin 4 and preferably design drawings of the ship's hull 2 and maps of the outer skin 4 represent and therefore usually present as CAD data. The design data read from the database 32 are transmitted as a signal C to the data fusion unit 30. In the data fusion unit 30, the navigation signal N1 with the thickness of the Shell or outer skin 4 at the currently measured point indicating signal S from the sensor unit 24, the at least at the measuring point currently relevant design data indicative signal C and the output signal from the conversion unit 26 linked and from this link a corrected navigation signal N2 is formed and output , This corrected navigation signal N2 is the final navigation signal used for the navigation of the robot 10. Preferably, this navigation signal N2 is transmitted to a control device, not shown in the figures, which controls the not shown in the figures drive means for locomotion of the robot 10 accordingly.
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. In the illustrated embodiment, the robot 10 thus determines its position relative to the origin or zero point 0 of the coordinate system X / Z by means of dead reckoning integration of the transmitted in the signal P from the hodometer 20 odometer data and the rotation rate measured by the sensor unit 22. In order to compensate for a possible rotational movement of the robot 0, the robot 10 stops at defined intervals so that the sensor unit 22 can measure its movements, wherein the aforementioned compensation takes place in the downstream conversion unit 26.
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. Using the coupled position, which is determined by the navigation computer 28 and output in the signal N1, those design data are determined from the database 32, which are relevant to the area of the current measuring point and indicate in particular the expected thickness of the outer skin 4, and with from the sensor unit 24 currently measured and contained in the signal S value for the thickness of the outer skin 4 in the data fusion unit 30 compared. If a deviation is detected, the navigation data and in particular the coupling position according to signal N1 in the data fusion unit 30 are correspondingly corrected using the design data according to signal C and output in the form of the corrected navigation signal N2. If design-related changes in the construction and in particular the thickness of the outer skin 4 occur at short distances from one another, the navigation signal N1 can be corrected or adapted correspondingly frequently. is made possible by the use of less expensive and inaccurate sensors for dead-reckoning. In addition, by means of the design data stored in the database 32, certain regions of the outer skin 4 of the hull 2 and thus constructive obstacles can be detected. Finally, it should be noted that for a proper navigation according to the embodiment described above, design data with a sufficient accuracy as well as sufficiently detectable changes in thickness in the outer skin 4 of the ship Rümpf there must be 2.

Claims

Ansprüche claims
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. 1 . Device for navigating a mobile device (10) along a surface of a material structure (4), having a first measuring device (24) which is designed to locally detect characteristic properties of the material structure (4) and generate correspondingly first measurement data (S), characterized by an evaluation device (28, 30, 32), which is formed from a combination of the first measurement data (S) with construction data (C) used for the production of the material structure, substantially at least portions of the material structure (4) Specify locally different characteristic properties, navigation data (N2) of the mobile device (10) along the surface of the material structure (4) to determine.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Navigati- onsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs angeben. 2. Device according to claim 1, characterized in that the navigation data on position, speed and / or rate specify.
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. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, having a second measuring device (20, 22) which is designed to detect a relative change in position of the movable device (10) on or along the surface of the material structure (4) and correspondingly second measured data ( P, H), characterized in that the evaluation device (28, 30, 32) is formed from a combination of the second measurement data (P, H) with the first measurement data and the design data (C) the navigation data (N2) of the movable device (10) along the surface of the material structure (4) to determine. 4. The device according to claim 3, characterized in that the second measuring device (20, 22) is adapted to detect the relative change in position of the movable device (10) on the surface of the material structure (4) relative to a fixed reference point (0). Apparatus according to claim 4, characterized in that the reference point (0) forms a starting point of a movement of the movable device (10) along the surface of the material structure (4).
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. Device according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that the second measuring device comprises a hodometer unit (20) for detecting a distance traveled by the movable device (10), a gyrometer unit (22) for detecting a rotational movement of the movable device ( 10) and / or an inertial sensor unit (22) for detecting on the movable device (10) acting translational and / or rotational acceleration forces.
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. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the characteristic properties of the material structure (4) dimensions (for example, material thickness), shaping, material properties and / or surface finish include.
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. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first measuring device (24) has a vortex flow measuring unit and / or an ultrasonic measuring unit for measuring a surface condition and / or a material thickness of the material structure (4).
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. Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device has a navigation computer unit (28) which is designed to determine preliminary navigation data (N1) from the second measurement data (P, H) and a correction unit (30) which is designed to output corrected navigation data (N2) by linking the preliminary navigation data (N1) with the first measurement data (S) and the design data (C).
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung einen Speicher (32) aufweist, in dem die Konstruktionsdaten (C) gespeichert sind. 10. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device has a memory (32) in which the design data (C) are stored.
1 1. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Datenfusionseinheit (30) aufweist, die ausgebildet ist, die Verknüpfung durchzuführen. 1 1. A device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device comprises a data fusion unit (30) which is designed to perform the linkage.
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. 12. The device according to at least one of the preceding claims, wherein the material structure (4) is the shell of a vehicle, in particular a ship. 13. The device according to at least one of the preceding claims, wherein the movable device (10) is a cleaning device.
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. 14. Cleaning device for cleaning the surface of a material structure (4), with a cleaning device (10) which is movable along the surface of the material structure (4) and for cleaning the surface of the material structure (4), and with a device according to claim 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, 15. A method for navigating a mobile device (10) along a surface of a material structure (4), in particular using a device according to at least one of the preceding claims, with a first step,
- charakteristische Eigenschaften der Materialstruktur (4) lokal zu erfassen und entsprechend erste Messdaten (S) zu erzeugen,  to locally detect characteristic properties of the material structure (4) and to generate correspondingly first measurement data (S),
gekennzeichnet durch einen zweiten Schritt,  characterized by a second step,
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. from a combination of the first measurement data (S) with design data (C) used for the production of the material structure (4), which essentially specify locally different characteristic properties at least of sections of the material structure (4), navigation data (N2) of the mobile device (10 ) along the surface of the material structure (4).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigationsdaten Position, Geschwindigkeit und/oder Kurs angeben. 16. The method according to claim 15, characterized in that the navigation data indicate position, speed and / or course.
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, 17. The method according to claim 15 or 16, wherein in the first step, additional lent a relative change in position of the movable device (18) on or along the surface of the material structure (4) is detected and generates therefrom according to second measurement data (P, H) become,
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 characterized in that in the second step from a combination of the second measurement data (P, H) with the first measurement data (S) and the construction data (C), the navigation data (N2) of the mobile device
(10) entlang der Oberfläche der Materialstruktur (4) ermittelt werden. (10) along the surface of the material structure (4) are determined.
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. A method according to claim 17, characterized in that the relative change in position of the movable device (10) on the surface of the material structure (4) relative to a fixed reference point (0) is detected.
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. 19. The method according to claim 18, characterized in that as reference point (0) a starting point of a movement of the movable device (10) along the surface of the material structure (4) is fixed.
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. Method according to at least one of claims 17 to 19, characterized in that for detecting the relative change in position of the movable device (10) on the surface of the material structure (4) a distance traveled by the movable device (10), a rotational movement of the movable Device (10) and / or on the movable device (10) acting translational and / or rotational acceleration forces are measured.
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. 21 The method according to at least one of claims 15 to 20, characterized in that as characteristic properties of the material structure (4) Dimensions (for example, mate aide), shape, material properties and / or surface condition are recorded.
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. 22. Method according to claim 15, wherein in the second step provisional navigation data (N1) are determined from the second measured data (P, H) and by linking the preliminary navigation data (N1) with the first measured data (S) and the Design data (C) corrected final navigation data (N2) are determined.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt die Verknüpfung mithilfe eines Datenfusionsverfahrens durchgeführt wird. 23. The method according to at least one of claims 15 to 22, characterized in that in the second step, the linkage is performed by means of a data fusion method.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 23, bei welchem die Materialstruktur (4) die Hülle eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schiffes, ist. 24. The method according to at least one of claims 15 to 23, wherein the material structure (4) is the shell of a vehicle, in particular a ship.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 24, bei welchem als bewegliches Gerät (10) ein Reinigungsgerät verwendet wird. 25. The method according to at least one of claims 15 to 24, wherein a cleaning device is used as a movable device (10).
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. 26. A cleaning method for cleaning the surface of a material structure, in which a cleaning device (10) is moved along the surface of the material structure, using a method according to claim 25.
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