Intelligenz auf vier Rädern

Mobile Roboter - Wichtigste Schlüsselfunktion des mobilen Roboters ist das reproduzierbare Abfahren einer abgesteckten Route sowie die selbstständige Erkundung unbekannter Umgebungen. Herzstück des Fahrzeugs sind zwei Industrie-PCs.

04. August 2006

Der Brand ist gelöscht. Nach Stunden unermüdlicher Anstrengungen haben es die zahlreichen Feuerwehren und der Werkschutz geschafft, das Feuer unter Kontrolle zu bekommen. Nun beginnen die Aufräumarbeiten, um die Überreste der abgebrannten Fabrikhallen zu entsorgen und das weitläufig abgesperrte Gelände wieder zu öffnen.

Doch die Gefahr einstürzender Decken und das Vorhandensein giftiger Werkstoffe lassen die Arbeiten wieder stocken. Hier kann nur ›Ravon‹ helfen.

Selbstständig auf fremden Routen erkunden

Ravon ist ein robustes, geländegängiges Fahrzeug mit unabhängiger Navigation (Robust Autonomous Vehicle for Offroad Navigation). Entwickelt wurde das voll autonome Vehikel von der Arbeitsgruppe Robotersysteme der Technischen Universität in Kaiserslautern mit sowohl fachlicher als auch finanzieller Unterstützung namhafter Industrieunternehmen.

Die mobile Versuchsplattform dient als Basis zur Erforschung verhaltensbasierter Bewegungs-, Lokalisations- und Naviga­tionsstrategien in rauem, unebenem oder bewachsenem Gelände. Als Kernfähigkeiten wurden das reproduzierbare Abfahren von durch Wegpunkte abgesteckte Routen sowie die selbstständige Erkundung und Kartierung unbekannter Umgebungen definiert.

Einem breiten Publikum vorgestellt wurde Ravon anlässlich des im Mai stattgefun­denen ersten ›European Land-Robot Trial 2006‹ (ELROB) im fränkischen Hammelburg.

Insgesamt zwanzig Institute und Unternehmen aus sieben europäischen Staaten schickten zur ELROB ihre intel­ligenten Gefährte durch einen Ge­ländeparcours. Die Roboter mussten selbstständig mit unterschiedlichen Böden klarkommen, Hindernisse überwinden oder umfahren. Ziel der Veranstaltung war es, den europäischen Stand der Technik in Forschung und Industrie im Bereich Outdoor-Robotik in realistischen Anwendungsszenarien zu demonstrieren. Anders als bei dem amerikanischen Vorbild ›Grand Challenge‹, bei dem unbemannte Fahrzeuge eine gut 200 Kilometer lange Wüstenstrecke hinter sich bringen mussten, waren zwei kürze Strecken zu meistern. Auf einem Parcours von zwei

Kilometer Länge bestand die Aufgabe darin, sowohl auf gepflasterten Wegen als auch offroad im sandigen Terrain Hindernisse wie Felsen, Hügel, Wasserlachen, Feuerstellen oder Stacheldrahtzäune zu umfahren. Die nur 500 Meter lange zweite Strecke führte durch eine dörfliche Umgebung auf dem Trainingsgelände. Auch hier mussten sämtliche Hindernisse und sonstige Ob­jekte umfahren werden. Außerdem sollten kleinere Fahrzeuge über Rampen bis in die Häuser hineinfahren können. Damit dies gelingen kann, dürfen sie maximal zwei Tonnen wiegen.

Offroad-tauglich

Das mit einer Länge von 2,35 m und einer Breite von 1,4 m recht große mobile Ravon-Fahrzeug basiert auf der RobuCarTT-Plattform von Robosoft. Das 450 Kilo schwere Vehikel verfügt über einen Vierradantrieb mit vier unabhängigen Motoren und erreicht eine maximale Geschwindigkeit von 10 km/h. Dank seiner Hankook-Offroad-Reifen kann das Fahrzeug Steigungen von 100 Prozent (45 Grad) bezwingen.

Vorder- und Hinterachse lassen sich separat über Linearmotoren steuern, um möglichst freie Fahrmanöver zu erlauben. Die Energieversorgung übernehmen acht 12-V-Bleiakkus (60 Ah), die auch die Sensor- und Steuerungssysteme speisen. Die elektro­nischen Komponenten sind in einem von MiniTec speziell entwickelten Gehäuse wasser- und schockgeschützt untergebracht.

Orientieren mit Hightech-Sensoren

Zur selbstständigen Orientierung im Gelände ist das Fahrzeug mit verschiedenen High-tech-Sensoren zum Beispiel einer Trägheitsmesseinheit, einem Magnetfeldsensor und einem DGPS-Empfänger ausgestattet. Hindernisse lassen sich mit Hilfe zweier an der Front installierter Stereokamerasysteme ergänzt durch zwei Laser-Entfernungsmesser von Sick erkennen. Im Notfall wird das Fahrzeug durch die an der Vorder- und Rückseite montierten Maysersafety-Stoßdämpfer gestoppt. Um den mobilen Roboter auch über weite Distanzen bis zu 10 km zu steuern, wurde ein universeller Datenempfänger von IKHF angebracht. Damit lassen sich zusammen mit einem 500-mW-Verstärker über eine HF-Antenne mit kugelförmiger Richtcharakteristik Datenraten von 115 kbit/s verarbeiten. Das Navigatormodul des mobilen Roboters Ravon sucht sich entsprechend dem Aktionsradius die GPS-Koordinaten. Das System läuft unter dem Betriebssystem Linux.

Herzstück des Ravon sind der Industrie-PC ›96M1588‹ und die Slot-CPU-Karte ›96M4220o‹ von DSM Computer. Beide Rechner übernehmen die Auswertung der zahlreichen im System verbauten Sensoren und der beiden Stereokamerasysteme. Darüber hinaus sind die IPCs für die Steuerung des Fahrzeugs, zum Beispiel die Richtungsangabe, die Geschwindigkeit oder die Streckenplanung, zuständig. Dank einer WLAN-Karte lässt sich die Funktionsweise von

Ravon zusätzlich per Funk steuern.

IPCs für harte Fahrbedingungen

Die IPCs müssen auch bei rauer Umgebung im Automobil zuverlässig arbeiten. Da hohe Stoßsicherheit gefordert ist, war für die Auswahl des 19-Zoll-Rechners ›96M1588‹ vor allem die sichere Aufhängung der Festplatten von Bedeutung. Zudem verfügt der auf einem Intel-Pentium III-Prozessor basierende Rechner über 14 ISA- oder PCI/ISA-Steckplätze, die bequem von der Vorderseite zugänglich und daher bestens für den Einbau im Fahrzeug geeignet sind. Über PCI lassen sich zum Beispiel CAN-Bus und Fire Wire anschließen. Für den sicheren Betrieb im Sommer, aber auch bei tiefen Temperaturen im Winter, sorgt ein temperaturgeregelter Lüfter. Die Slot-CPU-Karte ›96M4220o‹ ist mit einem leistungsfähigen Pentium M-Prozessor von Intel mit einer Taktfrequenz bis 2,26 GHz bestückt. Da die Energieversorgung von Blei-Akkus gewährleistet wird, spielt der niedrige Leistungsverbrauch beider Industrierechner eine große Rolle.

Aufgaben für autonome Fahrzeuge

Autonome Fahrzeuge lassen sich für die verschiedensten Aufgaben einsetzen. Brandkatastrophen, Wirbelstürme, Flugzeug­unglücke und Angriffe auf Chemiefabriken oder Atomkraftwerke stellen lediglich eine kleine Auswahl möglicher Szenarien dar. Mobile Roboter könnten an Grenzen patrouillieren, industrielle Anlagen schützen, routinemäßige Messungen in vordefinierten Bereichen durchführen, Aufklärungsaufgaben in lebensgefährlichen Umgebungen übernehmen oder bei Aufräumarbeiten nach schweren Unfällen oder Naturkatastrophen helfen.

Suna Richter, DSM Computer

FAKTEN

- Intelligent ist Ravon durch den Industrie-PC ›96M1588‹ und die Slot-CPU-Karte ›96M4220o‹ von DSM Computer.

- Die Rechner werten die Sensoren und die Stereokamerasysteme aus.

- Die IPCs sind als Steuerung für Richtungsangabe, Geschwindigkeit und Streckenplanung zuständig.

Erschienen in Ausgabe: 05/2006