Virtual Crater

Das Ziel des Projekts „Virtual Crater“ ist die Entwicklung einer virtuellen Testumgebung, die es ermöglicht, Robotersysteme kostengünstig in einer realitätsnah simulierten, lunaren Kraterlandschaft zu programmieren, zu testen und zu optimieren. Eine Besonderheit dieses Projektvorschlages ist der Abgleich der geplanten virtuellen Testumgebung mit einer im DFKI im Rahmen des LUNARES Projektes (DLR Fkz: 50 RA 0706) aufgebauten realen, lunaren Kratertestumgebung. In diesem Rahmen arbeiten das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI GmbH) und Dortmunder Initiative zur rechnerintegrierten Fertigung (RIF) e.V. als Partner zusammen.

Virtual Crater ist eine umfassende Simulationsumgebung, die es ermöglicht, Missionen zur Erforschung der Mondoberfläche zu programmieren und zu testen sowie neue Konzepte vorzuführen. Damit sich diese Testumgebung so realitätsnah wie möglich verhält, müssen verschiedene Parameter und Prozesse präzise identifiziert werden, um vielseitige Simulationskomponenten daraus abzuleiten. Um dies zu erreichen, werden umfassende physikalische Experimente durchgeführt werden, um diese mit analogen simulierten Experimenten zu vergleichen. Diese Experimente werden Referenzexperimente genannt. Die Simulation wiederum kann - zusammen mit speziellen Optimierungswerkzeugen - verwendet werden, um Hardware zu optimieren, Explorations-Szenarien aufzubauen und entsprechende Missionen zu simulieren. Abbildung 1 zeigt die realen und virtuellen Testumgebungen. Insbesondere zeigt sie die Integration des Roboter-Kontrollers in die realen und virtuellen Testumgebungen. Hierbei ist es wichtig, die Robotersteuerung ohne Anpassungen, sowohl an das Simulationssystem als auch an das reale Testbed anbinden zu können, so dass der virtuelle Roboter wie der reale programmiert und insbesondere durch denselben Programmcode gesteuert wird.  Um eine Verbesserung des Eindrucks der „Immersion“ in die virtuelle Welt zu erreichen, wird das Simulationssystem auf einem stereoskopischen Mehrschirm-Rückprojektionssystem (CAVE) sowie auf einem normalen Arbeitsplatzrechner als autarke Entwicklungsumgebung eingesetzt.

Um dieses Ziel zu erreichen, setzen wir eine effektive Toolchain (Abbildung 2) ein, um Systemparameter zu optimieren, indem wir die gegebenen lunaren Szenarien nahe an Echtzeit präzise modellieren und simulieren. Wichtig sind hierbei Echtzeitfähigkeiten, um die Konstruktion der Systeme intuitiv zu unterstützen, ausgearbeitete Boden-Kontaktmodelle sowie die Identifikation der entsprechenden Parameter für Regolith. In der Praxis lässt sich zeigen, dass ein mathematisches Modell, das mit Hilfe von Adams/Matlab aus einem physischen Aktuator abgeleitet und dann zu einem numerischen Modell vereinfacht wurde, in der Echtzeitsimulation VEROSIM verwendet werden kann.