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Marserkundung im Roboterschwarm

 

Im Forschungsprojekt VIPE soll ein vierbeiniger Laufroboter des DFKI Robotics Innovation Center die Marserkundung im Robotwerschwarm unterstützen.

 

Die Entwicklung eines heterogenen, autonomen Roboterschwarms zur Erforschung des Valles Marineris auf dem Mars steht im Mittelpunkt der Forschungsinitiative VaMEx (Valles Marineris Explorer) des DLR Raumfahrtmanagements. In dem nun als Teilprojekt dieser Initiative abgeschlossenen Verbundvorhaben VIPE entwickelte der von Prof. Dr. Dr. h.c. Frank Kirchner geleitete Forschungsbereich Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) eine den Schwarm ergänzende hominide Roboterplattform weiter, die sich kletternd über Felsen und steile Hänge hinwegbewegen kann.

 

Der bis zu 7 km tiefe Grabenbruch des Valles Marineris - das größte Grabenbruchsystem unseres Sonnensystems - ist für die Wissenschaft von großem Interesse. Aufgrund von Hinweisen auf Wasservorkommen, früherer vulkanischer Aktivität und der Abschattung von UV-Strahlung erfüllt der Grabenbruch die Voraussetzung für die Existenz außerirdischen Lebens. Berge, Schluchten und Höhlen machen das Gebiet jedoch zu einem für die Exploration extrem komplexen Terrain. In der ersten Projektphase von VaMEx wurden zu dessen Erkundung Rover und flugfähige Vehikel als sich komplementär ergänzende Schwarmteilnehmer entwickelt, die eine effiziente Wegfindung und den Aufbau von Übersichtskarten ermöglichen.

 

Hominider DFKI-Laufroboter für den Einsatz in unebenen und unstrukturierten Terrain

 

Für eine umfangreiche Erforschung des Valles Marineris fehlte es bisher jedoch an einer Roboterplattform, die sich auch innerhalb der zerklüfteten Felsformationen fortbewegen sowie in Höhlen und Felsspalten vordringen und navigieren kann. Diese verbleibende Lücke im Schwarm schließt der vierbeinige hominide (Menschenaffen (lat. Hominidae), eine Familie der Primaten) DFKI-Laufroboter »Charlie«, der in VIPE weiterentwickelt wurde. Die Kooperationspartner vom Lehrstuhl für Medientechnik der Technischen Universität München und der NavVis GmbH erarbeiteten im Projekt innovative Ansätze der vollautonomen Positionierung und Kartierung, die »Charlie« eine besonders driftarme Positionsbestimmung auch unter komplexen Bedingungen ermöglichen. Die Forscher des Robotics Innovation Center entwickelten zudem eine übergeordnete Netzwerkintelligenz, die je nach Terrain und Systemfähigkeiten entscheidet, welcher Roboter aus dem Schwarm zum Einsatz kommt.

 

Hohe Mobilität durch reaktive Bewegungssteuerung und »Footplacement«-Algorithmus

 

Aufgrund der leichten und hochintegrierten Bauweise, der Agilität und der taktilen Sensorik, welche die Bodenbedingungen erfassen, ist der DFKI-Roboter besonders für schwieriges Gelände geeignet. Die auf den Sensordaten basierende reaktive Bewegungssteuerung wurde in VIPE um weitere Verhaltensmodule erweitert, so dass sich Charlie auch über unebenen Untergrund sicher fortbewegen und Hindernisse überwinden kann. Dafür entwickelten die Wissenschaftler einen adaptiven »Footplacement«-Algorithmus, durch den sich mit Hilfe einer lokalen Karte für jedes Bein ein optimaler Fußkontaktpunkt finden lässt.

 

Die eigentlich reaktive Laufsteuerung des Roboters wurde um eine planende Ebene ergänzt, die es erlaubt, Wertänderungen in Echtzeit auf das jeweilige Laufmuster der einzelnen Beine zu schreiben. Dies erweitert die Mobilität des Roboters insofern, dass er bei Unebenheiten oder vor Hindernissen nicht anhalten muss, um die nächsten Schritte zu planen. Selbst wenn sich der Untergrund nicht wie erwartet verhält - etwa wenn ein Hindernis, bei dem ein Fußkontakt in den Schrittzyklus eingeplant wurde, widererwartend nachgibt - ist der Roboter aufgrund der permanent aktiven reaktiven Kontrollebene in der Lage, die Bewegung stabil fortzusetzen.

Das Projekt VIPE wurde vom 01. Mai 2015 bis zum 30. Juni 2018 von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

 

Quelle: DFKI Robotics Innovation Center, www.dfki.de

Bearbeitung: WolfgangKlinker, Klinker@industry-focus.info 

 

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Der vierbeinige Laufroboter »Charlie« erklimmt die künstliche Kraterumgebung in der Weltraumexplorationshalle des DFKI in Bremen. © DFKI GmbH, Thomas Frank

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