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Funktionale, kooperative Mobilität

 

Das geförderte Forschungsprojekt TransTerrA wird mit der Zielsetzung »Semiautonome, kooperative Exploration planetarer Oberflächen mit Errichtung einer logistischen Kette sowie Betrachtung terrestrischer Anwendbarkeit einzelner Aspekte« vom Robotics Innovation Center (RIC) im Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Arbeitsgruppe Robotik der Universität Bremen durchgeführt. TransTerrA bietet vielfältige Anknüpfungsaspekte für mobile Arbeitsmaschinen.

 

Robotische Systeme, die selbständig Aufgaben auf fremden Planeten oder Monden durchführen können, eignen sich auch für den Einsatz auf der Erde. Dazu zählen Bereiche wie maritime Ressourcenbewirtschaftung, Search and Rescue, die medizinische Rehabilitation u.a.m.  Ziel des Förderprojekts TransTerrA ist es, Weltraum-Technologien des DFKI im Rahmen eines komplexen Szenarios weiterzuentwickeln und für irdische Anwendungen nutzbar zu machen. Im späten Herbst 2016 wurde Trans- TerrA im US-Bundesstaat Utah in einer vermutlich mondähnlichen Wüstenlandschaft unter dem TestSzenario »Roboterteam erforscht Mondoberfläche« erfolgreich getestet und erprobt. Für die Forscher war Trans TerrA eine Fortsetzung früherer ähnlich angelegter Projekte.

Ein Sherpa als Projekt-Basis

Die mobile Basis des Forschungsprojekts ist das Robotersystem SherpaTT, ein hybrider Schreit-Fahrrover mit einem aktiven Fahrwerk für hohe Geländegängigkeit.  SherpaTT ist ausgerüstet mit einer internen Energieversorgung (2x 10.000 mAh@44.4 V), Lidarsensor, Kamera, Laserscanner. Diese Ausstattung und der zentrale Manipulatorarm ermöglichen die Durchführung autonomer Explorationsaufgaben. Durch die Ausrüstung mit 6 standardisierten elektromechanischen Schnittstellen, eine davon als Manipulationsinterface des Armes, kann der Roboter an unterschiedliche Aufgaben angepasst werden. Beispielsweise kann SherpaTT durch ein Probennahmemodul Bodenproben einsammeln und diese dem Team-Partner Coyote III übergeben. Das Gesamtgewicht des Robotersystems inklusive des Manipulatorarms beträgt rund 150 kg. Aufgrund der selbsthemmenden Getriebe im Fahrwerk sind hohe Nutzlastzuladungen möglich, ohne dass der Energiebedarf für die Einhaltung einer Körperhaltung nennenswert steigt. Das Robotersystem wurde von der RIC des DFKI und der Arbeitsgruppe Robotik der Uni Bremen im Rahmen des bis Ende 2017 anberaumten Projekts TransTerrA entwickelt, welches zum Ziel hat, eine logistische Kette, basierend auf einem heterogenen Team aus mobilen und stationären Robotern, zu errichten. Hierbei wird SherpaTT als Explorationsrover  eingesetzt, um größere Geländebereiche genauer zu erkunden und mit dedizierten Probennahmemodulen Gesteins- und Bodenproben zu sammeln und diese an den Shuttle Rover des robotischen Teams zu übergeben.

SherpaTT basiert auf früheren Erfahrungen mit der Entwicklung eines Sherpa-Rovers. Insbesondere im Bereich des Fahrwerks wurden Verbesserungen aufgrund der gesammelten Erfahrungen vorgenommen. So wurde dem kinematischen Konzept ein Kniegelenk hinzugefügt, durch welches jetzt ein dreidimensionaler Arbeitsbereich des Fahrwerks möglich ist. Durch Prüfung der Verwendung einzelner Freiheitsgrade im ursprünglichen Design konnte für SherpaTT die Zahl der Freiheiten pro Bein (ein Element des aktiven Fahrwerks) von vorher sechs auf nun fünf reduziert werden, während der nutzbare Arbeitsraum signifikant gestiegen ist.

Neben dem primären Einsatzszenario zur Exploration extraterrestrischer Körper kann das Robotersystem SherpaTT auch für terrestrische Anwendungen eingesetzt werden, z. B. im Bereich der zivilen Sicherheit oder bei einem Einsatz in Katastrophen-Szenarien. Des Weiteren wurde das Fahrwerk wasserdicht ausgelegt. Ein Wechsel des Zentralkörpers erlaubt somit die Transformation des Systems zum Unterwasser-Roboter SherpaUW, welcher beispielsweise bei der Prospektion von Manganknollenfeldern im Tiefseebergbau eingesetzt werden könnte. Insgesamt bieten Design, Kinematik und das Autonomiekonzept Anregungen für die Entwicklung mobiler Arbeitsmaschinen.

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Die rasanten Fortschritte im Bereich der Mikroprozessor-, Sensor- und Softwaretechnik ermöglichen es, intelligente und leistungsfähige Regelungsfunktionen mechatronischer Systeme zu realisieren. Im Hinblick auf Leistungsfähigkeit, Energieeffizienz, Sicherheit und Komfort komplexer Regelungssysteme wird in vielen Forschungsbereichen an der Weiterentwicklung und Anwendung fortschrittlicher Steuerungs- und Regelungsverfahren gearbeitet.

 

Bilder oben: Entwicklungen vom Robotics Innovation Center (RIC) im Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Arbeitsgruppe Robotik der Universität Bremen,

Bilder links: Entwicklungen vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen bei München.

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