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Bootcamp für Marsroboter Roboter-Team simuliert erfolgreich Marsmission in Utah

| Redakteur: Johann Wiesböck

Im Oktober und November 2016 stellten 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. Der Härtetest in der felsigen Wüstenlandschuft von Utah wurde bestanden.

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Die robotischen Systeme in der Testumgebung in Utah.
Die robotischen Systeme in der Testumgebung in Utah.
(Bild: DFKI GmbH; Florian Cordes)

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. In FT-Utah erforscht das DFKI gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Bremen den Einsatz von Robotern bei der Erkundung fremder Planeten.

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Teil des Projekts war die 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.

Dafür reisten sechs DFKI-Wissenschaftler Ende Oktober in die abgelegene Gegend nahe der Ortschaft Hanksville, wo sie die Basisstation für die Feldtests errichteten. Die Roboter sowie das benötigte Equipment hatten die Reise bereits einige Wochen zuvor, sicher in einem Schiffscontainer verstaut, angetreten.

Ungleiches Roboter-Team stellt sich der Herausforderung

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 u.a. dem Transport größerer Nutzlasteinheiten 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. Das BaseCamp wurde im Rahmen der Feldtests sowohl als Kommunikationsstation zur Weiterleitung von Daten als auch als modularer Knotenpunkt zur Aufnahme der Nutzlastcontainer eingesetzt, und von SherpaTT über eine Schnittstelle transportiert und aufgestellt.

Die Nutzlastcontainer kamen in FT-Utah in erster Linie für Probenaufnahmen zur Anwendung. Die standardisierten Boxen können aber auch mit andersartiger Sensorik, Batteriepaketen oder Instrumenten ausgestattet werden.

Missionskontrolle aus über 8300 km Entfernung

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 8.300 Kilometer entfernten Umgebung sicher bewegen und platzieren konnte.

Neben der Kontrollstation in Bremen errichteten die Wissenschaftler auf dem Testgelände in Utah einen mobilen Leitstand. Dieser ermöglichte nicht nur den Test und die Durchführung von Missionssequenzen direkt vor Ort, sondern diente auch der Übermittlung der von den Robotern empfangenen Daten via Satellit nach Bremen.

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