LAUROPE – Beitrag zum DLR SpaceBot Cup

Das FZI nimmt als eines von zehnTeams an dem Roboter-Wettbewerb "SpaceBot Cup" des Raumfahrtmanagements im DLR teil. Dabei leiten sich die Herausforderungen des Wettbewerbs aus einem typischen Explorationsszenario auf einer Planetenoberfläche ab. Hier stehen das Auffinden, Transportieren und letztendlich das Fügen von Objekten – etwa für wissenschaftliche Experimente oder zum Aufbau einer Infrastruktur – in einer realistischen, mondähnlichen Umgebung im Fokus. Das FZI Team LAUROPE wird den sechsbeinigen Laufroboter LAURON V sowie eine Lander-Infrastruktur einsetzen, um die Aufgaben des Wettbewerbs zu meistern.

Mit Explorationsmissionen geht eine ganz besondere Faszination einher. Aktuelle Robotersysteme auf dem Mars liefern nicht nur hochauflösende Farbfotos, sondern tragen mit ihren Experimenten und Analyseergebnissen zu einem besseren Verständnis unseres planetaren Nachbarn bei. Die weitere Erkundung unseres Mondes könnte nicht nur das Wissen über unseren Erdtrabanten erhöhen, sondern ein Puzzlestück zum Verständnis unseres Sonnensystems liefern.

Das Szenario des DLR SpaceBot Cups konzentriert sich auf das Auffinden, Transportieren und letztendlich das Fügen von Objekten – etwa für wissenschaftliche Experimente oder zum Aufbau einer Infrastruktur - in einer realistischen, mondähnlichen Umgebung. Das FZI Team – LAUROPE – setzt den sechsbeinigen Laufroboter LAURON V sowie eine Lander-Infrastruktur zur Unterstützung ein. Hierzu müssen während der Exploration der Umgebung Hindernisse umgangen oder überstiegen werden und die zu findenden Objekte identifiziert werden. Die Modellierung der Umwelt ist von entscheidender Bedeutung. Nach dem Auffinden der Objekte werden diese mit Hilfe der speziellen Greiffüße aufgenommen, in die Transportbehälter gelegt und zu dem finalen Objekt gebracht, wo sie passend platziert werden. Die ganze Operation wird wird mit Hilfe eines Leitstandes überwacht, der die benötigte flexible Autonomie bietet. Die Energieversorgung wäre im realen Fall sehr stark abhängig vom Landepunkt des Roboters, was sich auf die Anordnung der Solarzellen auswirken würde. Im Wettbewerb werden nur Akkumulatoren verwendet.

Der Roboter LAURON

Roboter LAURON auf einer fiktiven Planetenoberfläche

LAURON IVc ist bereits seit sieben Jahren erfolgreich im Einsatz. Die neuste Generation, LAURON V, wurde im Jahr 2012 fertiggestellt. Wie bei den früheren Generationen orientieren sich die kinematische Struktur der Beine, der Körper und vor allem die Laufmuster an dem biologischen Vorbild der Stabheuschrecke und ermöglichen dem Roboter dadurch sichere Bewegungen in extrem unstrukturierten und unbekanntem Gelände.

Die fünfte LAURON-Generation verfügt über vier Freiheitsgrade in jedem Bein und ist dadurch in der Lage selbst starke Steigungen zu bewältigen. Durch die spezielle Anordnung der hinteren vier Beine können die Vorderbeine ebenfalls als Greifwerkzeuge eingesetzt werden, während der Roboter auf den hinteren Beinen steht. Durch Bodenkontakt- und 3D-Kraftsensoren in den Füßen sowie Strommessungen für jedes Gelenk ist der Roboter in der Lage den Untergrund zu ertasten.

Technische Herausforderungen

Greiffüße: Für Manipulationsaufgaben werden zusätzlich zu der speziellen Anordnung der Beine spezielle Greiffüße entwickelt, welche auf der aktuellen Fußkonstruktion basieren. Während des Laufens sind die Greifer eingefahren.

Kartierung und Selbstlokalisation: Der Lander wird mit einem Masten ausgestattet, auf dem hochauflösende Sensorik zur Umgebungserfassung angebracht wird (Panorama-Kamera, rotierender Laserscanner). Dadurch wird ein texturiertes 3D-Modell der Lander-Umgebung erstellt. Dieses wird automatisch mit vorher verfügbaren Satellitenaufnahmen abgeglichen. Auf LAURON steht zusätzlich Stereo-, RGBD-Sensorik zur Verfügung, die für ein visuelles SLAM-Verfahren genutzt wird, um das initiale Modell kontinuierlich zu erweitern.

Suchstrategie LAURON

Navigation und Suchstrategie: Die Suchstrategie wird mit Hilfe des Complete Coverage Verfahrens umgesetzt. Die Aufteilung der Navigation in globale und lokale Komponenten ermöglicht eine over-the-horizon< Navigation – die Navigation über den Sensorsichtbereich hinaus. Die lokale Navigation wird mit Hilfe von RRTs und einer verhaltensbasierten Steuerung realisiert.

Greifen und Hantieren der Zielobjekte: Aus 3D Daten generierte Objektmodelle erlauben es, Griffe für beliebige Greifer mittels erprobter Verfahren zu planen. Die Aktionen sollen voll oder teilautonom durchgeführt werden und können vom Operator in einem Leitstand überwacht werden. Der Leitstand wird an unsere Arbeiten im Bereich der Fernhantierung angelehnt. Hiebei spielt die flexible Autonomie eine entscheidende Rolle

Mitarbeit im Team LAUROPE

Um LAURON für den Wettbewerb optimal vorzubereiten, müssen einige Erweiterungen an der Soft- und Hardware durchgeführt werden. Diese Erweiterungen eignen sich auch sehr gut als studentische Arbeiten (Bachelor-, Master-, Studien-, Diplomarbeiten) wie auch als Praktika, Praxissemester oder auch für Hiwi-Stellen.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Arne Rönnau

Weitere Informationen zum SpaceBot Cup und LAURON

Laurope Fortschrittsblog

SpaceBot Cup beim DLR

Wikipedia-Seite zu LAURON