TransTerrA

Semi-autonome kooperative Exploration planetarer Oberflächen mit Errichtung einer logistischen Kette sowie Betrachtung terrestrischer Anwendbarkeit einzelner Aspekte

Die am Weltraumszenario beteiligten mobilen Systeme SherpaTT (links), Coyote III (orange, im Krater) und Basecamp mit aufgestecktem Payloadwürfel (rechts) (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)
Die am Weltraumszenario beteiligten mobilen Systeme SherpaTT (links), Coyote III (orange, im Krater) und Basecamp mit aufgestecktem Payloadwürfel (rechts) (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)

Robotische Systeme, die selbständig Aufgaben auf fremden Planeten oder Monden durchführen können, eignen sich auch besonders für den Einsatz auf der Erde. Dazu zählen Bereiche wie maritime Ressourcenbewirtschaftung, Search and Rescue und die medizinische Rehabilitation. Ziel des Projekts TransTerrA ist es, Weltraum-Technologien des DFKI im Rahmen eines komplexen Szenarios weiterzuentwickeln und für irdische Anwendungen nutzbar zu machen.

Laufzeit: 01.05.2013 bis 30.04.2017
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. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 50 RA 1301
Zuwendungsempfänger: DFKI GmbH
Team: Team I - Systemdesign
Team II - Hardware Architekturen
Team V - Verhaltenssteuerung und Simulation
Team VII - Nachhaltige Interaktion & Lernen
Team VIII - Autonomie
Anwendungsfelder: Weltraumrobotik
Unterwasserrobotik
SAR- & Sicherheitsrobotik
Assistenz- und Rehabilitationssysteme
Verwandte Projekte: TransGo
Technology Readiness Levels of Intelligent Robotic Systems in Space and their Transferability to Other Domains (07.2012- 02.2013)
RIMRES
Rekonfigurierbares Integriertes Mehr-Roboter-Explorations-System (09.2009- 12.2012)
iMoby
Intelligent Mobility (04.2009- 06.2012)
IMMI
Intelligentes Mensch-Maschine-Interface - Adaptives Brain-Reading für unterstützende Robotik (05.2010- 04.2015)
LIMES
Lernen intelligenter Bewegungen kinematisch komplexer Laufroboter für die Exploration im Weltraum (05.2012- 04.2016)
Capio
Dual-Arm-Exoskelett (01.2011- 12.2013)
CUSLAM
Lokalisierung und Kartenerstellung in beengten Unterwasserumgebungen (09.2009- 07.2012)
Verwandte Robotersysteme: Sherpa
Expandable Rover for Planetary Applications
ASGUARD III
Advanced Security Guard V3
Exoskelett Passiv (CAPIO)
Oberkörper Mensch-Maschine-Interface für die Tele-Operation
Verwandte Software: MARS
Machina Arte Robotum Simulans
pySPACE
Signalverarbeitungs- und Klassifikationsumgebung in Python
Phobos
Ein Blender-Add-On zum Editieren und Export von Robotermodellen für die MARS-Simulation

Projektdetails

Schematische Darstellung des Weltraumszenarios mit Aufbau einer logistischen Kette (Quelle: Jan Albiez, DFKI GmbH)
Ausschnitt aus einem Kraterexplorationsszenario am Südpol des Mondes. Der Explorationsrover erklimmt zunächst die zentrale Erhebung und setzt ein BaseCamp zur Kommunikation ab (b1). Anschließend findet eine Fahrt zum Kraterrand (b7) statt, unterwegs werden Bodenproben genommen, die in regelmäßigen Intervallen vom Shuttle inegesammelt und zur Rückkehrstufe am Lander gebracht werden (Quelle: Florian Cordes, DFKI GmbH)

Szenario: Roboterteam erforscht Mondoberfläche

Für die Erkundung unseres Sonnensystems erlangen komplexe robotische Missionen immer größere Bedeutung. Immer aufwendigere Experimente, die Rückführung von Proben oder gar die Vorbereitung bemannter Missionen zu fremden Himmelskörpern wie Mond oder Mars können nicht mehr nur durch einzelne Systeme durchgeführt werden sondern müssen auf mehrere Missionen verteilt werden. Das TransTerrA-Szenario zeigt die (semi-)autonome Exploration planetarer Oberflächen durch die Kooperation eines Rovers und eines Shuttles. Die Aufgabe des Shuttles ist die Versorgung des Rovers, wofür logistische Ketten, also der Aufbau zuverlässiger Versorgungswege über mehrere Stationen hinweg, notwendig sind. Menschliche Operatoren auf der Erde können über neuartige Mensch-Maschine-Schnittstellen in die Mission eingreifen.

Für den Aufbau einer Logistikkette werden sog. Base-Camps eingesetzt, um große Entfernungen zwischen Lander und Rover überbrücken zu können. Je nach Aufgabe, also ob es sich um ein Depot für Energie oder Bodenproben handelt oder eine Relaisstation für Kommunikation, können die Base-Camps durch Funktionsmodule erweitert werden. Base-Camps, austauschbare Funktionsmodule, Rover und Shuttle haben eine kompatible Dockingschnittstelle, sodass sowohl Shuttle als auch Rover die Base-Camps durch angelieferte Module modifizieren und diese auch untereinander austauschen können.

Der Rover basiert auf dem im Projekt RIMRES entwickelten Rad-Schreit-Hybriden Sherpa, der Shuttle auf dem Roboter Asguard, ein Ergebnis des Projekts iMoby. Im Rahmen der Weiterentwicklung wird für Sherpa gleichzeitig die Technologiereife und damit die Weltraumtauglichkeit von Subkomponenten gesteigert. Der Missionsleitstand, also die Schnittstelle zwischen menschlichem Operator und Explorationsroboter, besteht einerseits aus einem Oberkörper-Exoskelett, wie es im Projekt Capio entwickelt wurde, zur Steuerung der Systeme, und andererseits aus modernen Visualisierungsmethoden wie 3-dimensionalen Multiprojektionsflächen und Head-mounted Displays (HMDs). Die Erfahrungen aus dem Projekt IMMI werden dazu genutzt, die Leitstandtechnologie unter Berücksichtigung psycho-physiologischer Daten wie EEG und Eye-Tracking zu optimieren (siehe Video über die Unterstützung eines Operators durch embedded Brain Reading aus IMMI bei der Mehrrobotersteuerung hier).

Technologietransfer in terrestrische Anwendungen

Die im Weltraumexplorationsszenario erarbeitete robotische Technologie der Einzelsysteme und ihrer Kooperation inklusive der logistischen Kette und entsprechender Mensch-Maschine-Schnittstelle wird in die terrestrischen Anwendungsbereiche Search and Rescue, Maritime Ressourcenverwaltung und Rehabilitation übertragen. Das demonstriert die Austauschbarkeit und gegenseitige Anwendbarkeit von Technologien aus der Weltraum- und der terrestrischen Robotik. Dabei wird für jeden dieser Anwendungsbereiche ein eigenes Szenario definiert und über dieses die Übertragbarkeit der Technologien und Systeme demonstriert.

Videos

TransTerrA: Coyote III Kraterversuch

Coyote III meistert eine 45° steile Kraterwand im künstlichen Mondkrater.

TransTerrA: Der Roboter Coyote III im Schnee

Beobachte Coyote III wie er sich in tiefem Schnee im unwegsamen Gelände bewegt

Exoskelett Ansteuerung über Biosignale

Demonstration der Ansteuerung des Capio Exoskeletts über Biosignale: Das Exoskelett-System erfasst durch die Verarbeitung von Biosignalen die Bewegungsintention des Operators und führt eine zielgerichtete aktive Bewegung des rechten oder linken Arms aus. Hierbei wird mittels Eye-Tracker der Interaktionswunsch erfasst (Fixierung einer virtuellen Flasche), mittels elektroenzephalographischer Signale (EEG) die Bewegungsintention des linken bzw. rechten Arms ermittelt und durch elektromyographische Signale (EMG) die Bewegungsintention zusätzlich verifiziert.

SherpaTT in Außentests

SherpaTT zeigt seine Fähigkeit mittels aktiven Fahrwerk auch große Unebenheiten ausgleichen zu können.

Bildergalerie

Die am Weltraumszenario beteiligten mobilen Systeme SherpaTT (links), Coyote III (orange, im Krater) mit aufgestecktem Manipulator und Basecamp mit aufgestecktem Payloadwürfel (im Vordergrund). (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)
Die am Weltraumszenario beteiligten mobilen Systeme SherpaTT (links), Coyote III (orange, im Krater) mit aufgestecktem Manipulator und Basecamp mit aufgestecktem Payloadwürfel (im Vordergrund). (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)
Exoskelett als Eingabegerät in der virtuellen Umgebung. Eine Multiprojektionsfläche dient als Kontrollzentrum für die mehr-robotische Mission. (Quelle: n/n)
Exoskelett als Eingabegerät in der virtuellen Umgebung. Eine Multiprojektionsfläche dient als Kontrollzentrum für die mehr-robotische Mission. (Quelle: Martin Mallwitz, DFKI GmbH)
CAD-Modell des für den Unterwassereinsatz geplanten Sherpa-Rovers („SherpaUW“). Es werden dieselben Beine genutzt, die auch an SherpaTT montiert sind. Sie werden für den Einsatz im maritimen Szenario an einen modifizierten Zentralkörper montiert. (Quelle:
CAD-Modell des für den Unterwassereinsatz geplanten Sherpa-Rovers („SherpaUW“). Es werden dieselben Beine genutzt, die auch an SherpaTT montiert sind. Sie werden für den Einsatz im maritimen Szenario an einen modifizierten Zentralkörper montiert. (Quelle: Sven Kroffke, DFKI GmbH)
Pfadplanung unter Berücksichtigung einer adaptive Fahrwerkanpassung (Quelle: Stefan Haase, DFKI GmbH)
Pfadplanung unter Berücksichtigung einer adaptive Fahrwerkanpassung (Quelle: Stefan Haase, DFKI GmbH)
Generierung von Bewegungsprimitiven für die Pfadplanung (Quelle: Stefan Haase, DFKI GmbH)
Generierung von Bewegungsprimitiven für die Pfadplanung (Quelle: Stefan Haase, DFKI GmbH)
Der Explorationsrover SherpaTT in der künstlichen Kraterumgebung des DFKI. (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)
Der Explorationsrover SherpaTT in der künstlichen Kraterumgebung des DFKI. (Foto: Florian Cordes, DFKI GmbH)
Der Shuttle Rover Coyote III in der künstlichen Kraterumgebung des DFKI (Foto: Annemarie Hirth, DFKI GmbH)
Der Shuttle Rover Coyote III in der künstlichen Kraterumgebung des DFKI (Foto: Annemarie Hirth, DFKI GmbH)
Coyote III ausgerüstet mit einem modularen Manipulatorsystem (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
Coyote III ausgerüstet mit einem modularen Manipulatorsystem (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
Coyote III im Außeneinsatz im Januar 2016 (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
Coyote III im Außeneinsatz im Januar 2016 (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
Indoor und outdoor generierte Multi Layer Surface Map von Coyote III (Quelle: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
Indoor und outdoor generierte Multi Layer Surface Map von Coyote III (Quelle: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
DFKI-X Gelenk: EM der Motor und Getriebeeinheit gekoppelt an mechanischer Last für die Weltraumvorqualifizierung (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
DFKI-X Gelenk: EM der Motor und Getriebeeinheit gekoppelt an mechanischer Last für die Weltraumvorqualifizierung (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
DFKI-X Gelenk: Breadboard der Motorsteuerelektronik für die Weltraumvorqualifizierung (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)
DFKI-X Gelenk: Breadboard der Motorsteuerelektronik für die Weltraumvorqualifizierung (Foto: Roland Sonsalla, DFKI GmbH)

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zuletzt geändert am 28.09.2016
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