T. Schnell, T. Büttner, L. Puck, C. Plasberg, G. Heppner, A. Rönnau, R. Dillmann

Weltraummissionen sind aufwendige und teure Unterfangen, welche immer mit erheblichen Risiken verbunden sind. Aufgrund der harschen Umweltbedingungen und der hochkomplexen Robotersysteme werden zur Risikominimierung, bisher meist von einer Bodenstation, sichere und konservative Entscheidungen getroffen. Dies führt dazu, dass Robotersysteme in planetaren Explorationsmissionen bisher nicht ihr volles Potential entfalten können. Mit steigender Komplexität und zunehmender Entfernung von Missionszielen ist es sinnvoll, den Autonomiegrad der eingesetzten Roboter zu erhöhen und so ihre Leistungsfähigkeit zu steigern. Hierfür ist es nötig, dass Roboter eigenständig Entscheidungen treffen und der Planungsaufwand auf der Umsetzungsebene liegt. In dieser Arbeit wird ein System vorgestellt, welches einem Roboter eine Risikoeinschätzung vor Ort ermöglicht. Zum einen erhält der Roboter dafür eine Art "Selbstbewusstsein", das auf der Überwachung und Einschätzung des eigenen Zustands beruht und es ermöglicht, die mit geplanten Aktionen verbundenen internen Risiken detailliert abzuschätzen. Zum anderen wird die Grundlage für ein umfassendes Umweltbewusstsein des Roboters geschaffen. In Kombination erlauben es Selbst- und Umweltbewusstsein dem Robotersystem vor Ort risikobewusste Entscheidungen autonom zu treffen. Dies beinhaltet unter anderem die das Risiko minimierende Auswahl aus verschiedenen möglichen Strategien und dynamisch an die aktuelle Situation angepasste risikobewusste Reaktionen. Die Risikobereitschaft des Roboters kann sich über die Zeit ändern. Dies kann genutzt werden um riskantere Aktionen in schwierigen oder scheinbar ausweglosen Situationen zu erlauben, so dass der Roboter sich befreien kann, sowie um im späteren Verlauf der Mission, wenn die wichtigsten Missionsziele bereits erfüllt sind, zusätzlichen Entscheidungsspielraum zu erhalten. Insgesamt wird das entwickelte Risikobewusste System gleichzeitig zu einer erheblichen Steigerung in der Roboterautonomie und in der Ausfallsicherheit führen.

"Space missions are complex and expensive undertakings, always associated with considerable risks. Due to harsh environmental conditions and highly complex robotic systems, conservative decisions are typically made from a ground station to minimize risk. This has prevented robotic systems in planetary exploration missions from realizing their full potential. With increasing complexity and distance from mission targets, it is essential to increase the degree of autonomy of the deployed robots and thus enhance their performance. This requires robots to make independent decisions, with planning efforts concentrated at the implementation level. This paper presents a system that enables a robot to assess risks on-site. Firstly, the robot gains a kind of "self-awareness" based on monitoring and assessing its own condition, allowing it to estimate the internal risks associated with planned actions in detail. Secondly, the system lays the foundation for the robot's comprehensive environmental awareness. Combined, self-awareness and environmental awareness allow the robotic system to make risk-aware decisions autonomously on-site. This includes, among other things, selecting risk-minimizing strategies from various possible options and dynamically adapting risk-aware reactions to the current situation. The robot's risk tolerance can change over time. This can be used to permit riskier actions in difficult or seemingly hopeless situations, allowing the robot to free itself, and to gain additional decision-making latitude later in the mission, once the main mission objectives have been achieved. Overall, the developed risk-aware system will simultaneously lead to a significant increase in robot autonomy and reliability."

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2018, Friedrichshafen

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2018

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 8 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2018122111471018551288

10.25967/480140

Weltraumrobotik, Planetare Exploration

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Schnell, T.; Büttner, T.; et al. (2018): Risikobewusste Roboter für erhöhte Autonomie in planetaren Explorationsmissionen. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/480140. urn:nbn:de:101:1-2018122111471018551288.

21.12.2018