Die Raumfahrt mit menschlichen Astronauten ist mit enormen Kosten und Gefahren verbunden, ohne dass sich die Investition unmittelbar auszahlt. Daher wird die Erforschung der Planeten in erster Linie mit Hilfe von Robotersystemen durchgeführt. Bei den Robotern, die derzeit zur Erforschung von Mond und Mars eingesetzt werden, handelt es sich traditionell um Rover (Sojourner, Opportunity, Spirit, Curiosity, Zhurong, Lunokhod 1&2, Yutu), wobei andere Fortbewegungsmethoden erst kürzlich mit dem Ingenuity-Hubschrauber auf dem Mars erforscht wurden. Die Fortbewegung aus der Luft ist auf anderen irdischen Körpern extrem schwierig, da entweder keine Atmosphäre vorhanden ist (Mond, Asteroiden, Kometen) oder die Atmosphäre sehr dünn ist (Mars). Die Fortbewegung auf Beinen bietet aufgrund der Vielseitigkeit von Beinsystemen für die Fortbewegung Vorteile bei der Fortbewegung. Künftige robotische Erkundungsmissionen würden daher von beinbetriebenen Robotersystemen profitieren, die schwieriges Gelände durchqueren können und bei der Durchführung größerer wissenschaftlicher Arbeiten helfen. Für Robotersysteme stellt die Erkundung von unbekanntem Terrain eine enorme Herausforderung dar, da es unmöglich ist, alle Situationen und Bedingungen vorherzusagen, die möglicherweise auftreten könnten, insbesondere wenn Roboter für die Erkundung von steilen Mond-/Marskratern prädestiniert sind, was große körperliche Fähigkeiten und Widerstandsfähigkeit erfordert. In diesem Zusammenhang zielt dieses Projekt darauf ab, einen bestehenden dynamischen Vierfüßlerroboter mit verbesserten Fähigkeiten für die Vor-Ort-Modellierung und die Anpassung der Systemdynamik des Roboters auszustatten, um mit unbekannten Schwerkraftbedingungen und Reibung zurechtzukommen sowie mit Verschleißerscheinungen umzugehen, wobei eine Mischung aus analytischen Modellierungstechniken und datengesteuerten Methoden eingesetzt wird. Die Ergebnisse sollen am Ende des Projekts in einer anspruchsvollen Aufgabe gezeigt werden, bei der ein vierbeiniger Roboter robustes Gehen an Hängen, Laufen und Springen über Hindernisse und Rückwärtssaltos nicht nur unter Erdschwerkraftbedingungen, sondern nach Selbstanpassung des Modells auch unter niedrigen Schwerkraftbedingungen ausführt. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Grenzen der physikalischen Leistung von Robotern sowie der Selbstanpassungsfähigkeiten zu erweitern, indem ein Software-Steuerungssystem entwickelt wird, das als Modul verwendet werden könnte, um zukünftige Robotersysteme mit der Fähigkeit auszustatten, die enormen Herausforderungen zu bewältigen, die eine Erkundung von Mondkratern mit sich bringen würde.
Mit diesem Projekt sollen die folgenden wissenschaftlichen und technologischen Ziele erreicht werden:
- Entwicklung eines adaptiven Echtzeit-Steuerungssystems für die Fortbewegung von Vierbeinern, das die folgenden Aufgaben erfüllt: Online-Anpassung der Roboterparameter (z.B. Reibung/Dämpfung der Gelenke, Trägheit der Gelenke, Gelenkfehler), Schätzung und Online-Anpassung der Umgebungsparameter (z.B. Bodeneigenschaften, Reibung), Verwendung der neu angepassten Parameter, um die Grenzen des Aktionsradius des Roboters zu erkunden und zu erweitern.
- Entwicklung eines Echtzeit-Software-Rahmens, der die oben beschriebene adaptive Steuerung ermöglicht.
- Demonstration dieser Fähigkeiten durch hochsportliche Bewegungen (wie Sprünge, Laufen mit Flugphasen und Rückwärtssaltos) in verschiedenen Umgebungen.
