Forschungsthemen

Das ROBDEKON-Konsortium erforscht in fünf sogenannten Kernprojekten Querschnittstechnologien für Dekontaminationsszenarien. Hierbei werden partnerübergreifend in enger Abstimmung mit Industrie und Anwendern neue Konzepte und Technologien zur Umsetzung fortschrittlicher Fähigkeiten für Robotersysteme zur Dekontamination erarbeitet.

Kernprojekt 1: Roboterplattformen zur Dekontamination

Unstrukturierte, menschenfeindliche Umgebungen stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Robotersysteme. Sowohl die Fortbewegung in unwegsamem Gelände als auch komplexe Manipulationsaufgaben stellen eine große Herausforderung dar. Für die unterschiedlichen Dekontaminationsaufgaben sollen mobile Roboter (Rad- oder Kettenfahrzeugen sowie Laufroboter), ein- und zweiarmigen Manipulatoren (Industrieroboter, Baumaschinen) sowie Kletterroboter auf der Basis von Vakuumsaugtechnik eingesetzt werden.

Im Rahmen dieses Kernprojekts werden neuartige Roboterplattformen für die Dekontamination konzipiert sowie bestehende Demonstratoren um wichtige Fähigkeiten erweitert werden. Hierbei stehen sowohl robotische Trägerplattformen als auch spezielle Manipulatoren im Fokus. Die Arbeiten umfassen sowohl die Konzeption der Hardware als auch die Entwicklung hardwarenaher Algorithmen.

Kernprojekt 2: Roboterbasierte Dekontaminationstechniken

Dekontaminationsarbeiten erfordern hochspezifische Fähigkeiten für die eingesetzten Robotersysteme. Typische Arbeiten sind die Zerlegung von Bauteilen beim Rückbau kerntechnischer Anlagen, z. B. das Zerschneiden von Rohren, sowie das Abfräsen von kontaminierten Wandschichten und die Handhabung von radioaktiven Substanzen und Abfällen. Im Bereich der Altlastensanierung ist vor allem die Entfernung von kontaminierten Bodenschichten und die Rückholung von Gefahrstoffen von Interesse.

In diesem Kernprojekt werden fortschrittliche Technologien zur roboterassistierten Dekontamination erarbeitet. Hierbei liegt der Fokus auf der eigentlichen Dekontaminationshandlung und den benötigten Werkzeugen. Um den Menschen aus der Gefahrenzone zu bringen, müssen die Robotersysteme in der Lage sein, eine möglichst große Zahl der normalerweise vom Menschen durchgeführten komplexen Handhabungsaufgaben zu übernehmen. Wichtig ist jedoch auch die ganzheitliche Sicht auf den Einsatz von Robotersystemen, da diese durch Kontaminationen selbst zu Gefahrgut werden können, welches seinerseits wiederum dekontaminiert oder fachgerecht entsorgt werden muss. Daher wird in diesem Kernprojekt der gesamte Lebenszyklus von Dekontaminationsrobotern betrachtet.

Kernprojekt 3: Telepräsenztechnologien für Robotersysteme

Aufgrund der Variabilität der Umgebung ist eine vollautonome Umgebungsexploration und Dekontamination in vielen Fällen nicht realisierbar. Um dennoch zu vermeiden, dass sich Menschen durch das Betreten der kontaminierten Bereiche in Gefahr begeben müssen, wird eine teleoperierte Steuerung der Roboter erforderlich.

In diesem Kernprojekt werden Technologien der Telepräsenz und Virtual/Augmented Reality erarbeitet, die dem Bediener einen unmittelbaren, immersiven 3D-Eindruck von der Umgebung des Roboters bieten. Intuitive Steuerungsmöglichkeiten für die verschiedenen Robotersysteme sind ebenfalls von großer Bedeutung; hier wird insbesondere die haptische Rückkopplung auftretender Kräfte betrachtet, die z. B. über eine Exoskelett realisiert werden kann, aber auch die Entwicklung von Assistenzfunktionen für die teilautonome Durchführung von Dekontaminationsarbeiten ist ein wichtiger Baustein.

Kernprojekt 4: Multisensorielle Umwelterfassung für Robotersysteme bei der Dekontamination

Mit steigendem Autonomiegrad der Roboter gewinnt die Umgebungserfassung einen immer höheren Stellenwert. Die Erfassung unstrukturierter Umgebungen stellt große Herausforderungen an Sensorik und Algorithmen. Neben der geometrischen Wahrnehmung der Umgebung spielt auch die roboterbasierte Detektion von Gefahrstoffen und Strahlenmessung eine große Rolle.

In diesem Kernprojekt werden zielgerichtete Technologien für die Erfassung der Umgebung des Roboters in Dekontaminationsszenarien erarbeitet. Dies beinhaltet sowohl die Erfassung von Informationen, welche der Roboter zur Ausführung seiner Nutzfunktion benötigt, als auch die Detektion und Messung von Gefahrstoffen. Ziel ist es, neue Technologien zu entwickeln, die deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen, um so den hohen Ansprüchen an die Präzision von Kartierung und Lokalisierung, wie sie im Dekontaminationskontext vorhanden ist, gerecht werden zu können. Die Robotersysteme sollen in die Lage versetzt werden, teilautonom eine Gefahrstoffkarte eines Gebietes bzw. eine Strahlungskarte eines Gebäudes zu erzeugen.

Kernprojekt 5: Planungsalgorithmen für Dekontaminationsaufgaben

In diesem Kernprojekt werden fortschrittliche Technologien zu Planungsaufgaben im Kontext von Dekontaminationsarbeiten entwickelt. Dies betrifft sowohl die Logistik als auch die Bewegung der Roboter in unstrukturierten Umgebungen und bei der Manipulation von Objekten.

Es wird ein 3D-Planungstool für Logistik, Simulation, Auswertung und Dokumentation der Dekontaminationsaufgabe angestrebt. Auf Grundlage des 3D-Umgebungsmodells können Ablauf- und Einsatzpläne erstellt und Transportwege optimiert werden. Außerdem werden Verfahren und Algorithmen zur Bewegungsplanung für Roboter in unstrukturierten Umgebungen erarbeitet. Dies umfasst roboterunabhängige Planungsalgorithmen zur automatisieren flächendeckenden Strahlungsmessung und Exploration sowie roboterspezifische Bahnplanungsalgorithmen unter Berücksichtigung der Fahrzeug-Kinematik für spezielle Roboter wie Baumaschinen oder Aufgaben wie das Ausbringen von Kletterrobotern. Darüber hinaus werden Methoden zur Greif- und Manipulationsplanung für Dekontaminationsaufgaben entwickelt.