Erhöhung der Autonomie von Robotersystemen durch multisensorielle Informationen und Nutzung einer Wissensbasis

Die in fünf Kapitel gegliederte vorliegende Arbeit beschreibt theoretische und praktische Möglichkeiten, sensorische und planerische Fähigkeiten über einen hierarchischen Ansatz zu einer intelligenten Roboterregelung zu integrieren und somit über die Verbesserung kognitiver und künstlich intelligenter Resourcen die Selbständigkeit eines Manipulators in den Bereichen "Erkennen" und "Entscheiden" zu steigern. Die in den frühen achtziger Jahren begonnenen Untersuchungen fußten auf einem industriellen Markt der weder käufliche Sensorik und Greifer noch für Erweiterungen offene Robotersteuerungen aufwies. Dies lag darin begründet, daß die Industrie, aufgrund des vorherrschenden Einsatzes von Robotern in stückzahlintensiven Handhabungen der Massenproduktion, nur partiell an autonomen Systemen mit erheblichen intelligenten und kognitiven Fähigkeiten bzw. geeigneten Aufgaben und Szenarien für ihre Verifikation interessiert war. Diese Situation beeinflußte die Arbeit in zwei wesentlichen Richtungen. Zum einen war die Eigenentwicklung von Sensoren, Greifern und einer offenen Robotersteuerung notwendig, und zum anderen wendete sich die Definition eines Verifikationsszenarios von einer eventuell industriebezogenen Aufgabe weg und zu Problemen der Automation in der Raumfahrt hin. Hierzu ist zu betonen, daß einerseits die Erfahrungen mit dem Einsatz eines Raumfahrtlabors SPACELAB gezeigt hatten, daß die verfügbare Astronautenzeit ein limitierender Faktor für die Experimentausführung bemannter Missionen ist, und damit eine Entlastung durch Automationsansätze erfordert. Andererseits legt das Maß des Versorgungsaufwandes bemannter Weltraumstationen den Gedanken nahe, statt ständig vom Menschen bewohnter Stationen auch Elemente zu konzipieren, die gelegentlich vom Menschen gewartet und in der Zwischenzeit automatisch betrieben werden. Dabei ist neben der Einzelautomation eine Bedienung mehrerer Experimentgruppen durch einen Manipulator ein attraktives Automationskonzept, sofern der Manipulatoreinsatz keinen großen Bodenaufwand erfordert, sondern weitgehend autonom zu arbeiten in der Lage ist. Aus diesen Gründen wurden die theoretischen Überlegungen zur Integration sensorischer und planerischer Fähigkeiten an einem zu großen Teilen selbstentwickelten multi-sensoriellen Manipulatorsystem und dessen Steuerung getestet und die Aufgabe betrachtet, die Nachbildung eines raumfahrtspezifischen Schwerelosigkeitsversuchs so zu bedienen, daß der für die bislang übliche Telemanipulation notwendige Spezialist durch den Experimentator selbst ersetzt werden kann, der den Ablauf über verbale, abstrakte Grobkommandos von Zeit zu Zeit flexibel beeinflußt. Diese vom Umfeld mitgeprägte Problemstellung spiegelt sich im Aufbau der vorliegenden Arbeit wieder. Während im ersten Kapitel das allgemeine Ziel - die Erhöhung der Autonomie von Robotersystemen - motiviert und als Lösung die Integration sensorischer und planerischer Fähigkeiten definiert wird, diskutiert das zweite Kapitel verschiedene Varianten der Lösungswege. Das dritte Kapitel erläutert die Raumfahrtexperimente in der Schwerelosigkeit als gewähltes Verifikationsszenario und leitet damit die Beschreibung aller im Laufe der Realisierungsphase entwickelten Komponenten des intelligenten Steuerungssystems ein. Die Darstellung der durchgeführten Versuche im Labor mit dem entstandenen autonomen Robotersystem im Zusammenspiel mit dem Verifikationsszenario Kapitel 4 führt zu einer Reihe wichtiger Ergebnisse, die in Kapitel 5 abschließend diskutiert werden