TransTerrA
Semi-autonome kooperative Exploration planetarer Oberflächen mit Errichtung einer logistischen Kette sowie Betrachtung terrestrischer Anwendbarkeit einzelner Aspekte
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.
Projektdetails
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
SherpaTT: Feldversuch in der Wüste Utahs in den USA
SherpaTT bei der Fahrt durch natürliches, Mars ähnliches Gelände in einem Feldversuch in der Wüste Utahs, USA. Dabei zeigt SherpaTT seine Fähigkeit mittels aktiven Fahrwerk auch große Unebenheiten ausgleichen zu können.
Coyote III Demonstriert ein robotisches Such- und Rettungsszenario
Coyote III – Ein Mikro Rover der ursprünglich für die Weltraumexploration entwickelt wurde, hat seine Vielseitigkeit bereits in diversen Szenarien gezeigt. Der Rover besticht hierbei durch hohe Mobilität und Flexibilität, um alle Situationen zu meistern.
Neben dem Weltraum kann Coyote III auch für Such- und Rettungsaufgaben (SAR) auf der Erde eingesetzt werden. Über die Kamera und den Laserscanner erhält der Fahrer einen klaren Überblick über die Umgebung und kann den Rover sicher bedienen. Durch die modulare Systemarchitektur können verschiedene Sensor- und Nutzlastmodule an den Rover angeschlossen werden. Dies ermöglicht es die Rettungsteams in unterschiedlichen Situationen zu unterstützen und die Sicherheit ihrer Arbeit zu erhöhen. Hierbei kann Coyote III auch völlig autonom eingesetzt werden und ausgedehnte Gebiete erkunden.
Zusätzlich zur Kartierung und visuellen Lageerfassung ist die Detektion und Kartierung von Gefahrstoffen ein wichtiger Bestandteil für den SAR Einsatzbereich. Zur Demonstration dieser Eigenschaften wurde ein beispielhaftes Umweltsensormodul konzipiert und in ein modulares Nutzlastmodul integriert. Das Sensormodul ist mit verschiedenen Gassensoren sowie Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren ausgerüstet.
Eine derartige Sensorausrüstung kann zum Beispiel dazu eingesetzt werden Gaslecks zu identifizieren oder für das Einsatzpersonal gefährliche Kohlenmonoxid- oder Faulgasbelastungen zu detektieren. Während seiner Fahrt erzeugt der Rover automatisch eine Umgebungskarte und trägt die detektierten Umweltparameter, wie zum Beispiel eine Gaskonzentration, hierin ein.
Coyote III: Integration der Subsysteme
Das Video zeigt den Aufbau von Coyote III mit den dedizierten Subsystemen und präsentiert ihre Hauptmerkmale. Coyote III ist ein Mikro-Rover, der eine hohe Mobilität in unstrukturiertem Gelände aufweist. Dank der roboterinternen Stromversorgung, den On-Board Sensoren sowie einem On-Board Computer ist es ihm möglich, Explorationsaufgaben autonom durchzuführen. Zudem erlaubt das Kommunikationssystem dem Rover, mit anderen Systemen zu kooperieren. Coyote III wird mit zwei standardisierten elektromechanischen Schnittstellen ausgerüstet, welche das Andocken zusätzlicher Nutzlastelemente, wie z.B. standardisierter Nutzlastcontainer oder eines Manipulators, ermöglichen. Durch die leichte und robuste Bauweise kann Coyote III mit mehreren Kilogramm Nutzlast beladen werden. Aufgrund der modular gestalteten Bauweise ist der Rover weiterhin in der Lage, seine Struktur an nutzlastspezifische Anforderungen anzupassen.
Field Trials Utah: Roboter-Team simuliert Marsmission in Utah
Eine karge, felsige Wüstenlandschaft und keine Menschenseele weit und breit – um den unwirtlichen Bedingungen auf dem Roten Planeten möglichst nahe zu kommen, testeten Wissenschaftler des Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) vom 24. Oktober bis 18. November 2016 die Kooperation verschiedener Robotersysteme in der Halbwüste des amerikanischen Bundesstaates Utah.
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
SherpaTT in Außentests
SherpaTT zeigt seine Fähigkeit mittels aktiven Fahrwerk auch große Unebenheiten ausgleichen zu können.
Capio 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.
Intrinsisches interaktives verstärkendes Lernen: Nutzung von Fehler-korrelierten Potentialen
Der Roboter lernt dank menschlichem Negativ-Feedback aus eigenem Fehlverhalten
