Space-Teststand

Das DFKI besitzt ein Indoor Space-Testbed mit einer Fläche von 40qm. Hierin werden die Bodenstrukturen und die Lichtverhältnisse extraterrestrischer Himmelskörper realistisch nachgebildet, um Tests im Bereich der Mobilität (z.B. Lokomotionstests in steilen Kraterabhängen) aber auch höherer Verhalten, wie Navigation, Lokalisation und Objektdetektion/-manipulation durchzuführen. Durch ein Portalkransystem wird auch eine Gewichtkompensation durchgeführt. Hierdurch ist es möglich, komplexe Missionsszenarien nachzuahmen und somit  die Funktionalität von Explorationssystemen zu testen und zu qualifizieren. Um hochgenau die Position und Orientierung der Roboter im Raum zu bestimmen, verfügt die Umgebung über Überwachungskameras sowie über ein Highspeed-Infrarot-Trackingsystem.

Im Folgenden sind die verschiedenen Elemente genauer beschrieben:

Die Umgebung bildet eine lunare Kraterlandschaft nach. Der Krater weißt eine übliche 15° Aussensteigung und ein mittleres 30° Gefälle im Inneren auf. Zur realistischen Modellierung wurden Daten der Apollo Missionen, insbesondere von Apollo 16 herangezogen. Um eine realistische Bodenmodellierung zu erzielen, wurde Basaltsplit und Regolith-Simulant eingesetzt. Die ganze Umgebung ist begehbar und kann so für vielfältige Lokomotions- und Funktionstests von rad-, raupen-, und beingetriebenen Systemen eingesetzt werden.

Hierbei handelt es sich um eine X-Y Flächen-Portalkrananlage der Firma Parker Hannifin GmbH & Co. KG.
Diese verfügt bei einer lichten Höhe von ca. 3900mm über einen Verfahrweg von 6500mm x 4500mm. Die zu bewegende Last kann bis zu 200kg betragen. Die Verfahrgeschwindigkeit beträgt 1m/s bei einer Beschleunigung von 1m/s².
Die Portalkrananlage ist zusätzlich mit einem Absolutencodern ausgestattet, sodass eine hochgenaue Trajektorienverfolgung möglich ist.
Das Portal ist mit einer Schleppkette ausgestattet und verfügt an der Lastaufnahme über einen Ethernet-, 220V-, RS232- und Videoanschluss. Mit diesen Schnittstellen kann sehr schnell das Gerät der Wahl betrieben werden. Die Lastaufnahme ist mit vielfältigen Möglichkeiten versehen, um verschiedene Geräte wie Schwerkraftkompensation oder auch Verfolgerkameras aufzunehmen. Somit kann eine punktgenaue Verfolgung des Schwerkraft zu kompensierten Objektes durchgeführt werden.

Das im Space-Testbed installierte Motion-Tracking-System besteht aus drei ProReflex MCU1000 (Motion Capture Unit) Kameras der Firma Qualisys und der dazu gehörigen QTM (Qualisys Track Manager) Software. Die Wahrnehmung der zu trackenden Objekte durch die Kameramodule basiert auf der Erfassung von Infrarotlicht. Zum einen gibt es die Möglichkeit der Platzierung von passiven Markern, welche das von den Kameramodulen ausgestrahlte Infrarotlicht reflektieren, zum anderen können auch aktive Marker genutzt werden, die eine eigene IR-Lichtquelle besitzen. Mit Hilfe der Kameras ist das System in der Lage, die Position und Orientierung der Marker im 3-dimensionalen Raum mit einer Frequenz von bis zu 1000Hz zu bestimmen.
Die Software protokolliert die gemessenen Positionen der Marker und dient der späteren Auswertung der erfassten Daten.
Die Anwendungsbereiche, für die das System genutzt wird, sind sehr vielseitig. Es bietet z.B. die Möglichkeit, die Absolutposition und Orientierung eines Roboters im Raum zu messen und diese mit den roboterinternen Lokalisierungsergebnissen zu vergleichen.
Ein weiteres Einsatzfeld ist die Aufzeichnung der Trajektorien von beweglichen Roboterelementen (z.B. Laufrobotergliedmaße, Roverräder, Manipulatorsektionen) zur Analyse und Optimierung dieser Bewegungen.

Weitere technische Daten zur Infrarotkamera ProReflex MCU1000 sind: