Vom Weltraum in die Produktionshalle Space-Roboter fertigt komplexe Baugruppen

Kooperative Robotertechnik für Space-Missionen soll künftig auch neue Möglichkeiten in der Fertigung komplexer Baugruppen eröffnen. Dazu arbeitet ein Konsortium aus Siemens, dem DFKI und Partnern zusammen.

Flexibel, (teil-)autonom und mit Fingerspitzengefühl – das nun gestartete Projekt TransFIT soll Robotersystemen den Infrastrukturaufbau im Weltraum ermöglichen und neue Einsatzoptionen im Bereich Industrie 4.0 bieten.  
Die Kooperation zwischen dem Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) der Universität Bremen und Siemens wird über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit rund 7,9 Millionen Euro gefördert. Ziel ist die Entwicklung robotischer Fähigkeiten, die die Ausführung komplexer Montagearbeiten autonom und zusammen mit dem Menschen ermöglichen.

Im Mittelpunkt von TransFIT steht die Entwicklung von robotischen Lösungen für (teil-)autonome Anwendungen im Rahmen von Weltraummissionen. Ausgehend von den Ergebnissen im DFKI-Transferprojekt TransTerrA, bei dem die Exploration und Logistik für den Aufbau von Infrastruktur auf fremden Planeten betrachtet wurde, liegt in TransFIT nun der Fokus auf dem Aufbau selbst. Damit ist das Projekt Teil der DFKI Space-Roadmap und hat zum Ziel, Grundlagen für den Einsatz von mobilen, autonomen Systemen bei der extraterrestrischen Erkundung zu schaffen. Das Vorhaben stützt sich dabei auf Technologieentwicklungen aus vergangenen Projekten des DFKI und zielt auf die Übertragbarkeit der Projektergebnisse in terrestrische Anwendungen, insbesondere in den Bereich der Industrie 4.0. Gleichzeitig soll die Weltraumforschung von Lösungen profitieren, die eigens für industrielle Anwendungen entwickelt wurden.

Flexible und intuitive Mensch-Roboter-Kollaboration im Weltraumszenario

Um bei bemannten Missionen, bei denen sich Astronauten auf Planeten, Monden oder Asteroiden aufhalten, den Menschen nicht unnötig zu gefährden, ist der Einsatz von robotischen Systemen sinnvoll, etwa beim Aufbau stationärer Lager, Unterständen und Laboren. Da Roboter komplexe Aufgaben jedoch nur bedingt autonom lösen und sich auch nur bedingt flexibel verhalten können, ist eine enge Zusammenarbeit mit den Astronauten notwendig. Im Zentrum von TransFIT steht daher die Umsetzung eines Kooperationsszenarios von Astronauten und Robotern, die gemeinsam eine Infrastruktur aufbauen, wobei sie dabei nach dem Konzept der „Sliding Autonomie” unterschiedlich stark interagieren, von reiner Teleoperation über Teleoperation mit teilautonomen Funktionen und Autonomie mit „Operator in the Loop” bis hin zu kompletter Autonomie. Ziel der Interaktion ist aber nicht nur die Aufgabenteilung, sondern auch, dass der Roboter aus der Unterstützung durch den Menschen lernt, um immer autonomer agieren und seine Einsetzbarkeit und Anpassbarkeit an die speziellen Anforderungen optimieren zu können.
„Die Roboter sollen Fähigkeiten entwickeln, die es den Systemen grundsätzlich ermöglichen, komplexe Montagearbeiten, wie Greifen, Halten und Stecken von vorgefertigten Komponenten autonom oder zusammen mit dem Menschen durchzuführen. Eine direkte Kooperation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht eine effektive Lösung und Umsetzung von Aufgaben unter der Nutzung der Stärken beider Beteiligten und gleichzeitiger Kompensation der Schwächen“, erklärt Projektleiterin Dr. Elsa Kirchner.Voraussetzung für die schnelle Anpassbarkeit des Verhaltens ist die Entwicklung einer einfach bedienbaren Steuerungssoftware, die schnelle Anpassungen vor Ort und während einer Mission ermöglicht. So können z.B. unvorhergesehene Montageleistungen, etwa nicht eingeplante Reparaturen wie der Wechsel eines Rades, statt von dem Roboter autonom auch in Zusammenarbeit mit dem Menschen durchgeführt werden. Im Szenario sollen ein Mensch und ein humanoider Roboter zusammen mit möglicher Unterstützung durch einen weiteren Astronauten über Teleoperation eine Montageleistung erbringen, von der Teilaufgaben vom Roboter autonom, Teilaufgaben von Mensch und Roboter in Kooperation sowie Teilaufgaben teleoperiert durch den Menschen mit Hilfe eines Ganzkörper-Exoskeletts gelöst werden. Des Weiteren wird gezeigt, dass das Verhalten des Roboters sowohl über ein einfaches Interface zur teilautomatischen Erstellung von Montageanleitungen als auch durch Lernen von Fähigkeiten aus der Beobachtung des menschlichen Verhaltens spontan und einfach angepasst werden kann. Ein ebenso wichtiger Baustein ist der Einsatz von Technologien, die der Vermittlung von Intentionen dienen, sowohl der des Roboters als auch der des Menschen. Für die Intentionserkennung beim Menschen werden multimodale physiologische Daten genutzt. Die Intention des Roboters wird leicht verständlich vermittelt und dient u.a. der Akzeptanz sich autonom verhaltender Systeme.