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Bremer Roboter-Team simuliert Marsmission

Härtetest in Utah bestanden
Bremer Roboter-Team simuliert Marsmission

Eine große Herausforderung bei der Erkundung des Mars durch Roboter stellt die unebene, von Gräben und Kratern gezeichnete Oberfläche des Roten Planeten dar. Ob die Systeme dem unwegsamen Gelände gewachsen sind, müssen sie zunächst auf der Erde beweisen – beispielsweise in der felsigen Wüstenlandschaft des US-Bundestaats Utah. Von Ende Oktober bis Ende November 2016 stellten dort Wissenschaftler vom Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) ihre Robotersysteme und deren Kooperationsfähigkeit im Rahmen des Projekts Field Trials Utah (FT-Utah) auf die Probe.

In FT-Utah erforscht das DFKI gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Bremen den Einsatz von Robotern bei der Erkundung fremder Planeten. Teil des Projekts FT-Utah war eine vierwöchige Feldtestkampagne in der Wüste des amerikanischen Bundesstaats, in der die Systeme außerhalb des Labors in einer natürlichen, unstrukturierten Umgebung erprobt werden und zusammen mit einer in Bremen stationierten Kontrollstation eine komplette Missionssequenz simulieren sollten.
Zu den in Utah getesteten Systemen gehörten der Schreit- und Fahrrover SherpaTT sowie der Mikro-Rover Coyote III, die beide im Rahmen des Vorhabens TransTerrA am Robotics Innovation Center entwickelt und aufgebaut wurden. Der etwa 150 kg schwere SherpaTT, der sich dank seines aktiven Fahrwerks besonders gut für unwegsames Gelände eignet, verfügt über sechs standardisierte elektromechanische Schnittstellen, die unter anderem dem Transport größerer Nutzlasten dienen.
Zudem ist der Rover mit einem etwa zwei Meter langen, zentral angebrachten Roboterarm – einem sogenannten Manipulator – mit sechs Freiheitsgraden ausgestattet, der es ihm ermöglicht, Bodenproben zu entnehmen und diese an den kleineren, mit 15 kg deutlich leichteren Coyote III zu übergeben. Auch der Mikro-Rover erreicht durch den Einsatz von Sternrädern in Kombination mit einem passiven Fahrwerk eine hohe Mobilität in unstrukturiertem Gelände, insbesondere auf Steilhängen. Über zwei Schnittstellen lässt er sich mit Nutzlastcontainern und einem Roboterarm erweitern. Auf diese Weise kann auch Coyote III Nutzlasten befördern, weshalb er im Rahmen der Feldtests dem größeren SherpaTT als Supportsystem diente.
Komplettiert wurde das ungleiche Roboter-Team durch immobile robotische Einheiten, und zwar durch ein sogenanntes BaseCamp sowie verschiedene mit elektromechanischen Schnittstellen ausgestattete Nutzlastcontainer. Diese kamen in erster Linie für Probenaufnahmen zur Anwendung. Die standardisierten Boxen können aber auch mit andersartiger Sensorik, Batteriepaketen oder Instrumenten ausgestattet werden.
Für die Kontrolle der angestrebten Mission wurde ein Leitstand am Robotics Innovation Center in Bremen eingerichtet, der per Satellitenlink eine Kommunikationsverbindung zu den Robotern in Utah aufbaute. Das Virtual Reality Lab, eine interaktive 3D-Multiprojektionsanlage, ermöglichte es dem Operator, den Missionsstatus in einer virtuellen Realität zu beobachten. Neben einem Zeigegerät diente ein zweiarmiges Oberkörper-Exoskelett als Eingabe- und Kontrollgerät. Damit konnte der Operator die Roboter in Utah intuitiv mit natürlichen Bewegungsmustern steuern. Durch ein integriertes Force-Feedback erhielt er zudem direkte Rückmeldung über die auf den Manipulator von SherpaTT wirkenden Kräfte, wodurch er diesen in der über 8300 km entfernten Umgebung sicher bewegen und platzieren konnte.
Im Einsatz überwand SherpaTT erfolgreich Steigungen von bis zu 28° – wobei seine aktive Bodenanpassung den permanenten Bodenkontakt aller vier Räder mit annähernd gleicher Lastverteilung sicherstellte. Coyote III bewältigte Steigungen von bis zu 42° und bezwang mithilfe eines Seilsystems sogar Steilklippen mit Überhängen. Insgesamt konnten die DFKI-Wissenschaftler durch die Feldtestkampagne wichtige Erkenntnisse zur Robustheit und Bewegungsfähigkeit ihrer Systeme, sowie zur autonomen und kooperativen Erkundung unstrukturierter Umgebungen gewinnen. Durch den Einsatz des Virtual Reality Labs gelang es ihnen zudem, eine intuitive Missionssteuerung unter realitätsnahen Bedingungen zu demonstrieren. jpk
Direkt zum Projektvideo: http://t1p.de/oa15
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