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ESA setzt auf RTI Connext DDS

Echtzeit für Telerobotik

08. Dezember 2020, 10:02 Uhr   |  Manne Kreuzer

Echtzeit für Telerobotik
© ESA

Um die Herausforderungen beim Aufbau und Einsatz von Telerobotik-Systemen wie Systemdesign, -integration und Fernkommunikation in Missionen im All zu lösen, entschied sich die European Space Agency (ESA) für das Software-Framework von Real-Time Innovations (RTI).

Ein Telerobotik-Gerät liefert visuelle und sensorische Daten an den Bediener und reagiert auf seine Bewegungen, die drahtlos kommuniziert werden. Mithilfe von RTIs Connext DDS konnten Entwickler im Rahmen des Analog-1-Projekts der ESA komplexe Kommunikation von der ISS zum erdgebundenen Explorationsroboter verwalten. Die Verwendung von DDS ermöglichte es der ESA, aktives Feedback vom Roboterarm zu erhalten, während sie den Greifer per Fernbedienung steuerte und so mit der Präzision und Geschicklichkeit einer menschlichen Hand arbeiten konnte.

Wo kommen Roboter und DDS zum Einsatz?

Sind Umgebungen für Menschen zu gefährlich, kommen Roboter ins Spiel – beispielsweise zum Sammeln geologischer Proben unter rauen Bedingungen. Hier muss der Roboter Teil eines haptischen Regelkreises sein. Der Astronaut muss mit dem Roboter interagieren können und sogar die taktilen Empfindungen des Roboters durch einen Joystick oder Datenhandschuhe selbst erfahren. Dafür benötigt das System einen Regelkreis mit geringer Latenz. Dieser erzeugt jedoch ein hohes Volumen an Video- und Echtzeit-Telemetriedaten. Damit alles nach Plan funktioniert, erfordert es eine deterministische Kommunikation nahezu in Echtzeit.

Mithilfe des Konnektivitätssstandards Data Distribution Service (DDS) konnte die ESA einen Echtzeit-Regelkreis zwischen der Raumstation und dem Roboter mit RTI Connext DDS als Kommunikationsschicht aufbauen. Diese Art der Kommunikation erfordert eine DIL-Kommunikationsverbindung, die durch eine extreme Nachrichtenlatenz und Jitter charakterisiert ist. In solch einer Umgebung muss der Status kontinuierlich bewertet und in den Regelkreis zurückgeführt werden.

Auch das Übertragen von komprimierten Videos wurde vereinfacht, denn die ESA kann das User Datagram Protocol (UDP) verwenden, um große Datenmengen über unberechenbare Kommunikationsverbindungen in Bewegung zu halten. UDP ist sehr zuverlässig, da es in der Transportschicht auf Connext DDS ausgeführt wird und keine Netzwerkressourcen verbraucht. Zudem erreichte die ESA eine Connext-DDS-Integration in Qt QML, was die Basis ihrer Benutzeroberfläche darstellt. Da es sich bei vielen Komponenten einfach um C++- Schnittstellen zwischen QML und DDS handelt, kann das Human Robotic Interaction Laboratory der ESA diese Schnittstellen jetzt flexibel erweitern. Mit Blick auf die Zukunft lassen sich Komponenten schnell für nachfolgende Projekte und Demos anpassen.

ESA und die Telerobotik

Die Europäische Weltraumorganisation ist sehr aktiv in der Entwicklung von Telerobotik, denn sie ist für die Organisation von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Weltraumforschung. Im Niederländischen Noordwijk entwickelt das Human Robot Interaction Laboratory der ESA wegweisende haptische Lösungen mit ferngesteuerten halbautonomen Robotern. Diese Roboter bieten Möglichkeiten zur interaktiven Entdeckung und Erforschung von Orten, an denen es unmöglich oder unpraktisch erscheint, Astronauten zu entsenden.

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