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Astronaut-Roboter Robonaut „sieht“ mit AVT-Kameras

Humanoidroboter setzt auf zwei AVT Prosilica GC2450C GigE-Kameras für stereoskopisches Sehen.



Der Robotnaut R2 ist die zweite Generation eines hochflexiblen Humanoid-Roboters, der Menschen bei ihrer Arbeit unterstützen und einfache, sich wiederholende oder gefährliche Aufgaben auf der Erde sowie auf der internationalen Raumstation ISS übernehmen soll. Entwickelt wurde er in Zusammenarbeit von General Motors, Oceaneering Space Systems und der NASA.

R2: Roboter der neuen Generation
Die erste Generation des Robonauts (R1) wurde 1997 entwickelt und war schon damals ein Assistent nach menschlichem Vorbild, der einfache Wartungsarbeiten übernehmen konnte. Sein Nachfolger R2 wurde im Mai 2010 „geboren“. Der 136 kg schwere modulare und hochflexible Roboter besteht aus einem Kopf, einem Torso und zwei Armen mit  Händen. Eine der vielen technischen Verbesserungen der zweiten Generation ist die verbesserte Sensorik, unter anderem mit zwei Prosilica GC2450C Farbkameras von Allied Vision Technologies und einer Infrarot-Time-of-Flight-Kamera (TOF). R2 kann bis zu viermal so schnell arbeiten wie R1 und verfügt über insgesamt 350 Sensoren – etwa für Tastsinn, Kraft, Position, Entfernungsmessung und Bilderfassung. In seiner Brust schlagen die Herzen von 38 Power-PC-Prozessoren, die komplexe Aufgaben wie Objekterkennung und -Verarbeitung ermöglichen.

R2 ist außerdem in der Lage, auf seine Umgebung zu reagieren und halbautomatisch zu arbeiten.

Weitere Verbesserungen sind die optimierte Beweglichkeit beider Arme mit überlappendem Arbeitsbereich, die elastische Gelenktechnologie, eine erweiterte Finger- und Daumenbewegungsspanne, miniaturisierte 6-Achsen-Kraftmesszellen, schnellere Gelenksteuerung und ein extrem gelenkiger Hals. Mit 42 Freiheitsgraden – darunter 24 allein in den Händen – kann R2 mit demselben Werkzeug arbeiten wie menschliche Astronauten, sodass roboterspezifische Tools überflüssig werden.

Echtzeit-Bilderkennung
R2’s Bildverarbeitungskomponenten sind in seinem Helm untergebracht.Die Bilddaten beider Prosilica GC-Kameras und der TOF-Kamera werden mit Hilfe von MVTec’s Halcon 9.0 in Echtzeit verarbeitet. Das System bedient sich verschiedener Bildauswertungstechniken um die notwendigen Informationen zu errechnen – etwa Farbwerte, Pixelhelligkeit, Mustererkennung und Bildsegmentierung. Um die Leistung des Systems zu optimieren, konzentriert sich die Auswertung auf bestimmte Teile des Bildes. Dazu wird die ROI-Funktion der Kameras genutzt. ROI (Region of Interest) begrenzt die ausgelesene Bildinformationen auf einem bestimmten Bereich des Bildes. Vorteil ist, dass weniger Bilddaten übertragen und verarbeitet werden müssen, was höhere Bildraten ermöglicht und weniger Rechenleistung in Anspruch nimmt. Dank der TOF-Daten lassen sich außerdem unnötige Hintergrundinformationen ausblenden, um die Bildverarbeitung auf bestimmte Objekte (z. B. Werkzeug, Kisten, etc.) zu fokussieren. Die Software ist in der Lage, 3D- und Mustererkennungsanalysen in Echtzeit durchzuführen, mit denen R2 Trajektorien (Bahnkurven) errechnen und planen kann, etwa um mit seinen Händen einen Behälter selbstständig zu öffnen.


Mission auf der internationalen Raumstation
Nach umfangreichen Tests ist R2 am 24. Februar 2011 an Bord des Shuttle Discovery zur Internationalen Raumstation ISS geflogen. Dort wird er vorerst im Destiny Labor fest installiert und probeweise bestimmte Aufgaben durchführen, die er schon auf der Erde erlernt hat.

Nach erfolgreichen Tests könnte R2 die Phase 2 seiner Mission antreten, nämlich mobil eingesetzt zu werden und Wartungsarbeiten durchzuführen wie etwa Staubsaugen oder Filterwechsel. Längerfristiges Ziel ist es, R2 in einer dritten Phase außerhalb der ISS zu nutzen und ihn für besonders gefährliche sogenannte EVAs (Extra-Vehicular Activities) ins Weltall zu schicken. Anders als seine menschlichen Kollegen wird der Robonaut voraussichtlich sein ganzes Leben im All verbringen: Pläne, ihn zurück zur Erde zu fliegen, liegen momentan nicht vor.