MEON

Die Workshop-Reihe MEON (Methoden zur Optischen Navigation) wurde von den Instituten Robotik und Mechatronik, Optische Sensorsysteme, Raumfahrtsysteme und Flugsystemtechnik gegründet, um den Wissensaustausch zur Optischen Navigation im DLR über Schwerpunktgrenzen hinaus zu fördern.

Zielstellung

Der Einsatz von mobilen Systemen, ob auf der Erde, in der Luft oder im Weltall, erfordert das Wissen über Ihre Lage (Position und Orientierung).

  • Für fahrende oder fliegende autonome Systeme und Roboter ist die Erfassung der sechs Freiheitsgrade eine Grundvoraussetzung. Nur so sind sie in der Lage, mit ihrer Umwelt zu interagieren, optimale Routen zu planen und Kollisionen zu vermeiden.
  • Daten von Sensorsystemen (z.B. Kameras, Spektrometer, Radar, Lidar) können nur dann zu objektbezogenen Informationen verarbeitet werden, wenn ein zeitlicher und räumlicher Bezug hergestellt werden kann.

Diese Aufgaben sind, vor allem im operationellen Echtzeitbetrieb, nur durch geeignete Messsysteme zu erfüllen. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Integrität sowie Genauigkeit ist in der Regel auf Multisensoransätze zurückzugreifen, deren wesentliche Komponente die optische Navigation mittels passiver Sensoren ist.

Der Mehrwert, der mit optischer Navigation zu erzielen ist, lässt sich anhand der folgenden Beispiele darstellen:

  • Der Einsatz von Robotersystemen im Innenraum oder auf planetaren Oberflächen erzwingt alternative Lagemesssysteme, da die Ausstattung der Einsatzbereiche mit externen Referenzsystemen nicht möglich oder mit erheblichen Kosten verbunden ist. Vor allem Systeme, die sowohl im Außen- als auch im Innenraum eingesetzt werden sollen, benötigen innovative Navigationssysteme.
  • Planetare Explorationsmissionen verlangen nach einer autonomen, präzisen und sicheren Landung auf Planeten, Monden oder Asteroiden. Mit Hilfe der optischen Navigation ist eine Orientierung an Oberflächenmerkmalen des Zielkörpers möglich, optische Daten können in der letzten Phase der Landung auch für die Auswahl eines sicheren Landeplatzes verwendet werden.
  • Ein selbständiges Agieren von unbemannten Luftfahrzeugen in urbanen Umgebungen ist eine große Herausforderung. Das Navigieren bei Ausfall oder Abschattung von GPS (zwischen oder auch innerhalb von Gebäuden) sowie die echtzeitfähige Modellierung der Umgebung zur Kollisionsvermeidung können mit Hilfe von abbildenden Sensoren zur Stützung der Inertialsensorik realisiert werden.
  • Kamerasysteme, die auf weltraum- oder luftgestützten Plattformen zur Erdbeobachtung eingesetzt werden, benötigen sehr exakte Lageinformationen. Navigationskameras könnten diese Systeme ergänzen oder sogar ersetzen.

Die Auflistung der Anwendungen illustriert, dass identische Aufgaben mit ähnlichen Ansätzen zu bearbeiten sind.

Der Schwerpunkt des Expertennetzwerks liegt in der Entwicklung geeigneter Methoden zur optischen Navigation für dedizierte Applikationen mit dem Ziel einer Überführung in reale Projekte und Produkte.

Inhalte

Der Startpunkt war die Erkenntnis, dass im DLR viele Institute aus allen Schwerpunkten Methoden zur Optischen Navigation entwickeln und nutzen. Ein Wissensaustausch in diesem Thema erschien also notwendig, so dass im Dezember 2008 zunächst ein gemeinsames Projektproposal von den Instituten Robotik und Mechatronik, Flugsystemtechnik und Raumfahrtsystemtechnik im Rahmen der Transquer-Initiative des Vorstands initiiert wurde. Eine Förderung über Programmatik-Grenzen erwies sich als sehr schwierig, trotzdem wurde MEON im März 2009 von den Instituten ins Leben gerufen.

  • Zweitägige Workshops alle 6 Monate (Frühjahr und Herbst) mit unterschiedlichen Schwerpunktthemen der optischen Navigation
  • Alternierende Standorte (Braunschweig, Berlin, Bremen, Oberpfaffenhofen), der Ausrichter ist für ein Social Event am Abend des ersten Tages verantwortlich
  • Schwerpunktthemen werden im vorhergehenden Workshop vereinbart. Die bisherigen Themen waren z.B. Feature Extraktion, Filter-/Zustandsschätzer, Kalibrierung von Systemen, Nutzung von Weltmodellwissen zur optischen Navigation, Generierung von Simulationsdaten, Sensormodelle
  • Mittlerweile nehmen Mitarbeiter der Institute für Raumflugbetrieb und Astronautentraining, Kommunikation und Navigation, Raumfahrtsysteme, Simulations- und Softwaretechnik, Flugsystemtechnik und Robotik und Mechatronik regelmäßig an den Workshops teil.

Ergebnisse

Bislang konnten die folgenden Ergebnisse erreicht werden.

  • Mittlerweile 9 Workshops, 40 Teilnehmer
  • Reger Wissensaustausch zwischen den Teilnehmern
  • Mehrere gemeinsame Projektanträge in angrenzenden Gebieten
  • Informelle Hilfsanfragen und Vertrauen über Institutsgrenzen hinweg, da man sich kennt
  • Qualitativ hochwertige Vorträge und rege Diskussion

Interne Workshops wie MEON sind geeignet, um offen über reale Probleme zu diskutieren - was natürlich ein Grundvertrauen voraussetzt. MEON ist ein Beispiel für effektive Kooperation über Instituts- und Programmatikgrenzen hinweg, das zur Realisierung des EINen DLR beiträgt.


Kontakt
Dr.-Ing. Michael Suppa
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Robotik und Mechatronik
, Perzeption und Kognition
Tel: +49 8153 28-3976

Fax: +49 8153 28-1134

E-Mail: Michael.Suppa@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rmc/rm/desktopdefault.aspx/tabid-8491/14550_read-36513/