AgileX Robotics Scout 2.0
ROS2 R&D Kit
6-DoF ViperX 300
ZED 2i 3D-Kamera Polarizer
Artemis ist ein Raumfahrtprogramm der NASA mit dem Ziel, eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond sowie im Raum zwischen Erde und Mond zu etablieren.
Dieses Programm dient zudem als Vorbereitung für zukünftige bemannte Missionen zum Mars.
Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) beteiligt sich durch die Bereitstellung mehrerer Module der zukünftigen lunaren Raumstation, des Servicemoduls des Orion-Raumschiffs sowie durch die Entwicklung eines schweren Landers namens Argonaut.
Innerhalb des CNES ist das Projekt SpaceShip FR dafür verantwortlich, einen funktionalen Prototyp eines Assistenzroboters für Astronauten der zukünftigen Mondstation zu entwickeln.
Zum ersten Mal schafft Europa die industriellen Rahmenbedingungen für einen unabhängigen Zugang zum Mond – mit Technologien, die auf europäischem Boden entwickelt und gefertigt werden.
Autonome und rekonfigurierbare mobile Roboter werden eine zentrale Rolle bei der Vorbereitung und dem Betrieb zukünftiger Mondbasen spielen.
Sie bereiten die Infrastruktur vor und unterstützen Astronauten bei Außenmissionen.
Ziel ist es, die Machbarkeit eines mobilen Roboters mit einem Gewicht von 500 bis 800 kg (medium size) zu validieren, ausgestattet mit 4 Rädern, Armen, zahlreichen Sensoren und eingebetteter KI. Die Höchstgeschwindigkeit dieses Roboters wird bei 10 bis 15 km/h liegen (zum Vergleich: Mars-Rover fahren mit etwa 1,8 km/h). Der Roboter soll eine Reichweite von 1000 km pro Mondtag (29,5 Erdtage) erreichen.
Er wird außerdem teleoperierbar sein – von der Mondoberfläche, von der lunaren Raumstation oder sogar direkt von der Erde aus. Da die Kommunikationslaufzeit zwischen Erde und Mond nur wenige Sekunden beträgt, wird es möglich sein, den Roboter bei zahlreichen Aufgaben von der Erde aus zu steuern.
Die Roboter werden die dauerhafte Mondbasis vorbereiten, bevor die Astronauten eintreffen. Sobald diese vor Ort sind, werden die Roboter sie bei ihren Außenaktivitäten außerhalb des Habitats unterstützen.
Die mobilen Roboter werden im Voraus entsandt. Zu ihren Aufgaben gehört insbesondere die Installation der „schweren“ Infrastruktur der Mondbasis: Aufbau der verschiedenen Module und Unterkünfte (Labore, Wohnbereiche, Küche, Gewächshaus usw.), Installation eines Solarparkes zur Energieversorgung der Basis usw.
Sobald die Basis eingerichtet und gesichert ist, können sich die Astronauten dort für mehrere Monate aufhalten.
Wenn das Astronautenteam vor Ort ist, werden die mobilen Roboter weitere Aufgaben übernehmen, zum Beispiel:
Der Mond weist ganz besondere Umweltbedingungen auf, die große Herausforderungen darstellen:
KUNDENFALL
Dynamixel-Servos und Luft-/Raumfahrt
Dynamixel-P-Servos zum Bau von Mars-Rovern
Die Entwicklung einer Flotte autonomer lunarer mobiler Roboter ist eine technologische Meisterleistung, deren Umsetzung das Zusammenspiel zahlreicher Fachgebiete und Akteure erfordert.
Zum ersten Mal hat die ESA Partnerschaften mit europäischen Industrieunternehmen für die Herstellung von Ausrüstung eingerichtet, die für die Monderkundung bestimmt ist.
So hat Decathlon gemeinsam mit dem CNES einen Prototyp eines intra-vehikulären Raumanzugs entwickelt. Dieser soll bald von Sophie Adenot, der französischen ESA-Astronautin, auf der ISS getestet werden.
Der Ausrüster Michelin arbeitet an einem Konzept für flexible Reifen, die nicht aufgepumpt werden müssen. Dadurch sollen die Räder des Roboters eine maximale Traktion erzielen, ohne durch Vakuum und extreme Temperaturschwankungen beeinträchtigt zu werden.
Die Aufgabe des Dienstes SpaceShip FR beim CNES besteht darin, fortschrittliche technische Lösungen von der Erde auszuwählen und an die Bedingungen des Weltraums anzupassen, um die Effizienz bemannter Missionen zum Mond deutlich zu steigern.
Im Bereich der Robotik für die Raumfahrtexploration bauen Ingenieure häufig mehrere terrestrische Prototypen, die jeweils unterschiedliche Aspekte des Roboters validieren: das mobile Fahrgestell, die Sensorik, die Aktuatoren (Arme …) und auch das sogenannte operative Konzept. Dieser letzte Aspekt besteht darin, in einer simulierten Mondumgebung die gute Integration des Roboters in die Mission der Astronauten zu testen. Es handelt sich dabei sowohl um einen Test des robotischen Systems als auch um eine Untersuchung der Interaktion zwischen Mensch und Roboter (Ergonomie der Steuerungsoberflächen, mentale Belastung des Bedieners, Akzeptanz des Roboters durch das menschliche Team).
Um das operative Konzept des „Astronauten-Assistenzrovers“ zu testen, entwickelt das CNES derzeit einen funktionalen Prototyp im Maßstab 1:3.
Für dieses Projekt hat das Team des CNES den mobilen Roboter Scout 2.0 von AgileX Robotics gewählt. Auf dieser Basis hat das CNES drei zusätzliche Funktionen entwickelt und getestet: Sprachsteuerung, autonome Navigation sowie zwei Manipulatorarme.
Bei Aktivitäten auf der Mondoberfläche erschwert der von den Astronauten getragene Raumanzug die Interaktion mit einer Tastatur, einem Touchscreen oder sogar einem Controller. Durch Sprachbefehle gewinnen die Astronauten an Effizienz und behalten die Hände frei.
👉 Beispiele für Sprachbefehle an den Demonstrator sind:
Diese Befehle können auf Französisch oder Englisch ausgesprochen werden. Das verwendete Sprachmodell ist mehrsprachig (auch wenn es nicht 3 Millionen Kommunikationsformen beherrscht … Im Gegensatz zum berühmten goldenen Roboter aus Star Wars!).
Die Sprachsteuerung für den Mondroboter bringt allerdings zwei wesentliche Einschränkungen mit sich: erstens die begrenzten Rechenressourcen und zweitens das fehlende Internet bzw. genauer gesagt die Notwendigkeit, nicht davon abhängig zu sein. Das macht den Einsatz einer „frugalen“ eingebetteten KI erforderlich (KI mit geringem Energie- und Hardwarebedarf).
Diese Anpassung eines Standard-SLM (Hammer 2.1) wurde für das CNES von Thales Service Numérique realisiert. Eine spezielle Elektronikplatine für diese KI-Funktion wurde in ein spezielles Gehäuse auf dem Rücken des Rovers integriert. Es handelt sich um ein VEK280-Kit von AMD.
Um seinen Demonstrator mit autonomer Navigation auszustatten, hat das CNES das von Génération Robots entwickelte ROS2 R&D Kit gewählt. In Kombination mit dem SCOUT 2.0 ermöglichte dieses Kit den Teams, sich auf eine mobile Plattform zu stützen, die zugleich robust, erschwinglich und schnell einsatzbereit ist.
Das ROS2 R&D Kit verkürzt die Inbetriebnahme, Entwicklung und die ersten Tests um mehrere Wochen, da es auf einer bereits durchgeführten elektrischen und softwareseitigen Integration, auf Sensoren, die für das Zusammenspiel ausgelegt sind, und auf einer offenen Architektur basiert.
| Stärke | Für die Monderkundung / feindliche Umgebung |
|---|---|
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Geländegängige Mobilität |
Navigation auf unregelmäßigen Oberflächen testen |
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Navigation auf unregelmäßigen Oberflächen testen |
Entwicklung und Tests beschleunigen |
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Sensorik und eingebettete Rechenleistung |
Tests für Wahrnehmung und Navigation erleichtern |
|
Modulare Plattform |
Neue Ausrüstung schnell hinzufügen und anpassen |
Das gewählte Kit umfasst folgende Sensoren:
Die Rechnerarchitektur basiert auf:
Auf dieser kohärenten und sofort funktionsfähigen Basis hat das CNES eine Lösung für autonome Navigation mit Standard-ROS2-Packages implementiert:
Um seinen Demonstrator mit autonomer Navigation auszustatten, hat das CNES das von Génération Robots entwickelte ROS2 R&D Kit gewählt. In Kombination mit dem SCOUT 2.0 bot dieses Kit den Teams eine mobile Plattform, die zugleich robust, erschwinglich und schnell nutzbar ist.
Das ROS2 R&D Kit beschleunigt den Projektstart dank einer einsatzbereiten Plattform, die entwickelt wurde, um Integration und Entwicklung zu vereinfachen.
Es sind mehrere Modelle verfügbar. Beschreiben Sie uns Ihr Projekt, und wir helfen Ihnen, die geeignetste Kit-Version auszuwählen. 👇
Die Roboterarme ermöglichen dem Roboter die Ausführung von Greif- und Manipulationsaufgaben (Probenentnahme, Werkzeughandhabung für den Astronauten).
Langfristig sollen sie auch genutzt werden, um weitere logistische Aufgaben zu simulieren, die für die Mondbasis nützlich sind: Reinigung von Solarpaneelen, Entnahme und Installation wissenschaftlicher Instrumente, Verlegung kabelgebundener Netze, Montage von Strukturen usw.
Gewählte Ausstattung für die Roboterarme:
Die mechanische Integration nutzt die auf dem Rücken des Scout 2.0 vorhandenen Schienen.
Die softwareseitige Integration wurde durch die ROS2-Plattform erheblich erleichtert. Die für die Steuerung der Arme erforderlichen Packages sind verfügbar und können vom Nutzer angepasst werden.
Derzeit werden die Arme entweder über einen Logitech F710-Gamecontroller ferngesteuert oder vom Rover mithilfe von ROS Bags angesteuert. Im weiteren Verlauf der Arbeiten ist vorgesehen, dass die zentrale Einheit des Roboters die Arme in Echtzeit steuern kann, um komplexere Aufgaben auszuführen.
Zu beachten ist, dass im Weltraum die Sicherheit der Astronauten absolute Priorität haben wird. Der Demonstrator verfügt bereits über einige Sicherheitsfunktionen. Im Follow-me-Modus fährt der Roboter beispielsweise zurück, wenn sich der Astronaut nähert, um einen Kontakt zu vermeiden. Ebenso sind die Arme so konfiguriert, dass ihre Kontaktkraft begrenzt ist.
Die Monderkundung beruht auf der Entwicklung innovativer Technologien, die an die extremen Bedingungen der Raumfahrtumgebung angepasst sind.
Partnerschaften zwischen dem CNES, der ESA und europäischen Industrieunternehmen wie Génération Robots ermöglichen die Validierung der technologischen Bausteine, die für die Entwicklung dieser Roboter erforderlich sind, und gewährleisten gleichzeitig die Sicherheit der Astronauten.
Diese gemeinsamen Anstrengungen sind entscheidend, um eine nachhaltige und effiziente Erforschung des Mondes zu ermöglichen.
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Vanessa Mazzari
Marketingleiter bei Génération Robots
