LIMES

Lernen intelligenter Bewegungen kinematisch komplexer Laufroboter für die Exploration im Weltraum

Beispielhaftes Morphologie-Konzept für einen Laufroboter mit Fähigkeiten zur Manipulation (Quelle: Marc Manz, DFKI GmbH)
Beispielhaftes Morphologie-Konzept für einen Laufroboter mit Fähigkeiten zur Manipulation (Quelle: Marc Manz, DFKI GmbH)
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In dem Vorhaben LIMES soll ein hochmobiler mehr-gliedriger Laufroboter entwickelt werden, dessen vordere Extremitäten durch Anheben des Oberkörpers zum Zweck der Manipulation eingesetzt werden können. In zukünftigen extraterrestrischen Missionen können mit Hilfe eines derartigen Systems beispielsweise die Entnahme von Bodenproben aus schwer zugänglichem Terrain sowie der Aufbau von Infrastruktur auf unebenen und unstrukturierten Oberflächen von Himmelskörpern ermöglicht werden. Neben der mechatronischen Entwicklung des Roboters steht die Generierung und Optimierung unterschiedlicher Lokomotionsverhalten zum Überqueren diverser Umgebungsformationen und Untergründe unter Zuhilfenahme von Simulationsumgebungen und maschinellen Lernverfahren im Fokus des Projektes.

Laufzeit: 01.05.2012 bis 30.04.2016
Zuwendungsempfänger: DFKI GmbH & Universität Bremen
Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Förderkennzeichen: Gefördert von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. Förderkennzeichen: 50 RA 1218 (DFKI) und 50 RA 1219 (Universität Bremen).
Partner: Universität Bremen
Team: Team I - Systemdesign
Team II - Hardware Architekturen
Team V - Verhaltenssteuerung und Simulation
Team VII - Nachhaltige Interaktion & Lernen
Anwendungsfelder: Weltraumrobotik
Verwandte Projekte: BesMan
Behaviors for Mobile Manipulation (05.2012- 07.2016)
SpaceClimber
Ein semi-autonomer freikletternder Roboter zur Untersuchung von Kraterwänden und -böden (07.2007- 11.2010)
RIMRES
Rekonfigurierbares Integriertes Mehr-Roboter-Explorations-System (09.2009- 12.2012)
iStruct
Intelligente Strukturen für mobile Robotersysteme (05.2010- 08.2013)
Virtual Crater
Entwicklung einer virtuellen Simulations- und Demonstrationsumgebung zur planetarischen Exploration mit Fokus auf extraterrestrische Krater (05.2009- 08.2012)
VirGo4
Vorhersagesysteme in reaktiven Gruppen autonomer Roboter (04.2011- 06.2014)
Verwandte Robotersysteme: MANTIS
Mehrbeiniges Manipulations- und Lokomotionssystem
Verwandte Software: MARS
Machina Arte Robotum Simulans
Phobos
Ein Blender-Add-On zum Editieren und Export von Robotermodellen für die MARS-Simulation
reSPACE
Reconfigurable Signal Processing and Classification Environment
BOLeRo
Behavior Optimization and Learning for Robots
NDLCom
Node Level Data Link Communication

Projektdetails

Der Laufroboter Mantis in einer aufrecht stehenden Haltung, um die Fähigkeiten zur zwei-arm Manipulation zu nutzen. (Foto: Marc Manz, DFKI GmbH)
Mantis in einer sechs-beinigen Laufpose für stabile Fortbewegung in unstrukturiertem Gelände. (Foto: Marc Manz, DFKI GmbH)
Morphologie und Freiheitsgrade des Roboters Mantis. (Foto: Marc Manz, DFKI GmbH)
ZyqBrain: Zentrale Steuerungseinheit des Roboters, welche mit einem FPGA und dedizierter Logik für die Schnittstellen zur gesamten Peripherie ausgestattet ist, um den gesamten Bewegungsapparat zu kontrollieren. Die notwendigen IP-Cores und dazugehörigen Linux -Treiber für deren Ansteuerung wurden mit Hilfe des reSPACE Frameworks generiert. (Quelle: DFKI GmbH)

Laufroboter können aufgrund ihrer großen Anzahl an Freiheitsgraden, welche über mehrere Gliedmaßen verteilt sind, eine Vielzahl unterschiedlicher Bewegungsmuster ausführen und ihre Körperhaltung an die Umgebungsstruktur anpassen, um sich sicher und effizient auf nicht-uniformen Oberflächen fortzubewegen. Zudem bietet ihnen ihre vielfältige Sensorik die Möglichkeit, ihre Umgebung nicht nur visuell, sondern auch taktil wahrzunehmen, um z.B. Informationen über die Untergrundbeschaffenheit zu erlangen. Dieses Wissen kann wiederum dazu genutzt werden, aus einer Vielzahl vorab erlernter Laufverhalten, welche für bestimmte Umgebungsbedingungen optimiert wurden, das für die aktuelle Situation am besten geeignete auszuwählen um sich optimal fortzubewegen.
Zudem bietet der flexible Bewegungsapparat die Möglichkeit, die Beine auch zur Manipulation von Objekten einzusetzen, wenn diese mit angemessenen Greifwerkzeugen ausgestattet sind. Auch für die Bewältigung derartiger Aufgaben ist die Verfügbarkeit einer multimodalen Sensorik unbedingt erforderlich.
Im dem Vorhaben LIMES wird ein mehrgliedriger Roboter entwickelt, dessen mechatronischer Aufbau es ihm ermöglichen wird die beschriebenen Aufgaben zu bewältigen. Parallel zu der Entwicklung der realen Hardware werden präzise Simulationsmodelle der realen Subsysteme des Roboters entwickelt, um das Verhalten des Gesamtsystems möglichst genau simulieren zu können.
Das virtuelle System kann daraufhin dazu genutzt werden unterschiedliche Laufverhalten mit Hilfe von maschinellen Lernverfahren für verschiedenartige Umgebungen hinsichtlich diverser Kriterien (z.B. Energieverbrauch, Geschwindigkeit, etc.) zu Generieren und zu Optimieren.
Nachdem die Leistungsfähigkeit der Verhalten in der Simulation eine gute Qualität erreicht haben, können sie auf das reale System übertragen und im Rahmen von Experimenten weiter optimiert werden.
Die erlernten Verhalten werden abschließend in einer Verhaltensbibliothek abgelegt und können von dem Roboter in Abhängigkeit seiner aktuellen Situation für die Fortbewegung selektiert und aktiviert werden.
Auch für weitere Lernprozesse neuer Verhalten können die in der Verhaltensbibliothek abgelegten Verhalten als Ausgangsverhalten herangezogen werden.
Die Simulation bietet zudem die Möglichkeit die erlernten Verhalten zur Steuerung der Fortbewegung des Roboters unter Bedingungen geringer Gravitation, wie sie z.B. auf dem Mond herrschen, zu untersuchen und für diese Verhältnisse zu optimieren.

Videos

LIMES/MANTIS

Animation von Mantis beim Klettern in einer Kraterumgebung, um Infrastruktur zu warten.

LIMES – Learning Intelligent Motions

Animation von Mantis beim Durchführen eines Außenbordeinsatzes (EVA, Extra Vehicular Activity) außerhalb eines lunaren Habitats für Menschen.

Publikationen

2016


2015


2014


2013


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zuletzt geändert am 15.03.2017
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