Würzburger Roboterfahrzeuge gewinnen europäischen Wettbewerb

Mobile Roboter müssen zuverlässig fernsteuerbar sein. Falls die Telekommunikationsverbindung abbricht, müssen sie auch autonom reagieren, um kritische Situationen unter harten Einsatzbedingungen zu überstehen. Machbar ist das mit Methoden der Telematik, um zuverlässig Dienstleistungen an entfernten Standorten zur Verfügung zu stellen.

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Universität Würzburg Lehrstuhl für Informatik VII Robotik und Telematik

Roboterfahrzeuge bieten ein interessantes Einsatzfeld für Fahrassistenzsysteme, um so einen Fernbediener zu unterstützen, damit dieser trotz hoher Fahrgeschwindigkeit mit schwierigen Umgebungsverhältnissen zurecht kommen kann. Das Roboterfahrzeug MERLIN (Mobile Experimental Robot for Locomotion and Intelligent Navigation) ist etwa 60 cm lang, 15 kg schwer und kann bis zu 50 km/h schnell fahren. Die Würzburger Informatiker haben dem MERLIN autonome Funktionen einprogrammiert, so dass er zum Beispiel selbstständig Hindernisse erkennen und umfahren kann. Das Assistenz-System regelt den dabei gefahrenen Kurvenradius und verhindert, dass der Roboter eine für seine Geschwindigkeit zu enge Kurve fährt und dabei umkippt. Reißt die Funkverbindung zum Fernbediener ab, kehrt Merlin völlig selbstständig zum Ausgangspunkt seiner Mission zurück – die bis dahin zurückgelegte Wegstrecke hat er mit seinem GPS-Navigationssystem erfasst und abgespeichert. Beim Anfahren am Hang erfasst das Fahrzeug mit seinen Sensoren unter anderem auch die Neigung des Geländes und die Beschaffenheit des Untergrundes. Das ermöglicht es ihm, auch an einer Steigung sicher aus dem Stand durchstarten zu können, ohne sich dabei zu überschlagen. Der Fernbediener kann einstellen, wie selbstständig das Fahrzeug agieren darf, ob es komplett autonom zum vorgegebenen Ziel fahren soll oder ob es ferngesteuert werden soll und dem Bediener Warnhinweise gibt, wenn es gefährliche Situationen mit seinen Sensoren vorhersieht. Es ist zu erwarten, dass derartige Fahrassistenzsysteme künftig auch auf unseren Straßen die Sicherheit erhöhen werden.

Das dahinter stehende allgemeine Telematiksystem folgt dem im Bild angegebenen Grundschema einer lokalen Sensordatenverarbeitung auf dem Roboterfahrzeug mit nachfolgender Regelung vor Ort. Von den Sensoren wird typischerweise eine sehr große Datenmenge erzeugt, die weiter auf relevante Daten reduziert wird, um dann in ein Tele-Service-Zentrum weiter übertragen zu werden. Dort filtern die Computer die relevanten oder kritischen Daten aus der eintreffenden, noch immer großen Datenmenge heraus und stellen diese dem Bediener möglichst intuitiv zur Verfügung, so dass er schnell einen Überblick über die Situation gewinnen kann, um nötige Entscheidungen zu treffen. Die entsprechenden wieder an den Roboter übermittelten Kommandos treffen dort mit Verzögerung ein, so dass hier Maßnahmen zur Synchronisation der Regelung vorzusehen sind. Das Fahrzeug entstand im Rahmen der Entwicklung eines Mars-Rovers für die Europäische Raumfahrtorganisation ESA. Bereits seit 1992 wird er vom Steinbeis Transferzentrum ARS als vielfältig einsetzbares Roboterfahrzeug auf dem Markt angeboten. Der Outdoor Merlin ist nun eine gemeinsame Weiterentwicklung von ARS zusammen mit der Uni Würzburg. Er soll beispielsweise in Katastropheneinsätzen Feuerwehrleute bei gefährlichen Einsätzen unterstützen und in gefährlichen Situationen vorausfahrend die Lage erkunden.

MERLIN übermittelt die Daten schneller

Seine Fähigkeiten demonstrierte MERLIN im Tessin auf dem europäischen Roboterwettbewerb C-ELROB (European Land Robotics Trial) der vom 13. bis 16. August 2007 zum zweiten Mal stattfand, diesmal mit Schwerpunkten bei Rettungseinsätzen im schwierigen Gelände. Insgesamt 14 Teams aus Universitäten und der Industrie machten diesmal mit. Allein neun Mannschaften kamen aus Deutschland, weitere aus der Schweiz, aus Polen, Portugal und Finnland. Extra für die Roboter hatten die Organisatoren in Monte Ceneri einen kleinen Marktplatz aufgebaut, unter anderem mit Tischen, Buden, Autos, einem Zelt und offenen Gebäuden. In dieser Umgebung waren orangefarbene Gefahrgut-Hinweisschilder (ERICards) versteckt. In 40 Minuten waren möglichst viele Schilder zu finden, lesbare Bilder davon zu machen und die GPS-Koordinaten zu ermitteln. Das Würzburger Roboterfahrzeug MERLIN spürte sieben Schilder auf, machte von jedem ein scharfes Foto und stellte sechs Mal korrekt die GPS-Daten fest. Es gab ein spannendes Finish mit dem Konkurrenten von der Telerob GmbH (Ostfildern). Beide waren gegenüber der Konkurrenz bereits deutlich in Front und hatten genau gleich viele Objekte erkannt. Der MERLIN schaffte es aber schneller, die Daten an die Schiedsrichter zu übermitteln. Damit gewann er im Schlussspurt den Pokal für den Wettbewerb im „urban scenario“.

Diese Roboterfahrzeuge bieten ein interessantes und technisch herausforderndes Beispiel für ein Telematiksystem, das mit hoher Zuverlässigkeit die Fernsteuerung dieser Maschinen an entfernten Orten ermöglichen soll. Wirtschaftlich besonders spannend ist der Einsatz dieser Telematik-Techniken aber insbesondere (wie im elektrotechnik-Sonderheft „Automation Valley“ vom November 2006, S. 18 − 19, ausgeführt) bei der Fernwartung und Ferndiagnose von Maschinen in der industriellen Produktion. Mit der Verkehrstelematik lässt sich der Verkehrsfluss besser steuern und koordinieren. Aber auch in der Telemedizin eröffnen sich hinsichtlich der kontinuierlichen Fernbetreuung potentiell gefährdeter Patienten Möglichkeiten zu einer verbesserten Versorgung. So kann die Telematik in einem breiten Spektrum von Anwendungsbereichen interessante Ansätze zu Verbesserungen liefern.

Gegründet: Zentrum für Telematik e.V.

Um das enorme Potential der Telematik-Techniken zu nutzen und um die Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft weiter zu intensivieren, wurde am 21. September 2007 in der IHK Würzburg-Schweinfurt der Verein „Zentrum für Informatik“ gegründet. Unter den Schirmherren Prof. Dr. Jahn (Hauptgeschäftsführer IHK), Prof. Dr. Haase (Präsident der Uni Würzburg) und Prof. Dr. Schilling (Lehrstuhl Robotik und Telematik) engagierten sich als Gründungsmitglieder sowohl international tätige, lokale Unternehmen wie Wittenstein, König und Bauer, Navigon, WVV, Angermeier Ingenieure, als auch internationale Konzerne wie Bosch Rexroth, Siemens und Diehl.

Der Verein „Zentrum für Telematik e.V.“ soll anwendungsbezogene Forschung betreiben und die Verbreitung von Telematik-Ansätzen unterstützen, sowie in Fortbildungsveranstaltungen und Tagungen über die Telematik informieren. Hierzu werden regionale, überregionale und internationale Partnerschaften aufgebaut werden, um Fortschritte und Anwendungen der Telematik-Techniken zu fördern. Diese Initiative baut auf dem großen Interesse an dem im Oktober 2006 zusammen mit Wirtschaftsminister Michael Glos durchgeführten „Innovationstag Telematik“ und der internationalen IASTED-Fachkonferenz in Telematics/Applied Robotics im August 2007 auf. Auch aus dem Münchner Wirtschaftsministerium und von der Regierung von Unterfranken wird diese Initiative unterstützt, so dass der Zukunftstechnologie Telematik in Nordbayern eine spannende Zukunft vorhergesagt werden kann. Weitere Mitglieder mit Interesse am Einsatz der Telematik in ihrer Anwendungsumgebung sind gerne willkommen!

Prof. Dr. Klaus Schilling, Universität Würzburg, Institut für Informatik VII

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