Scout Rover

Das Überwinden von rauem Gelände ist noch immer eine herausfordernde Aufgabe für mobile Roboter. In terrestrischen Anwendungen liegt der Fokus dabei meist auf „Search and Rescue“-Szenarien mit stark unstrukturiertem Untergrund oder gar eingestürzten Gebäuden. Üblicherweise ist die Lösung für solche Szenarien ein beingetriebenes System. Jedoch haben diese sehr agilen Systeme den Nachteil hoher mechatronischer Komplexität und benötigen große Rechenleistungen. Speziell in der planetaren Exploration sind diese Systeme auf Grund dieser Nachteile daher in aktuellen und Missionen der nahen Zukunft nicht verwirklichbar.

Der geländegängige Scout Rover soll bei künftigen Missionen Lavahöhlen im Weltall erforschen. (Bild: DLR)

Deshalb nutzt der DLR „Scout“ Rover ein neuartiges, nachgiebiges Speichenrad und verformbare Rückenelemente, um Hindernisse zu überschreiten. Dabei besitzt er lediglich einen vollrotatorischen Antrieb pro Rad. Zusammen mit den nachgiebigen Elementen wird eine energieeffiziente, dynamische und vor allem robuste Fortbewegung in härtestem Gelände ermöglicht.

Ziel des Scout Rovers ist es, auf fremden Planeten bisher nicht zugängliche Bereiche wie Kraterwände und Höhlen zu erforschen. Dabei überwindet das System nicht nur harte, felsige Hindernisse sondern „paddelt“ auch durch extrem weiche Sandgruben, in denen radgetriebene Systeme versagen würden. Für die Erkundung von Höhlen auf Mars und Mond arbeitet das DLR-Team eng mit Höhlenforschern auf der Erde zusammen, um das System bestmöglich an die besonderen Gegebenheiten und hohen Ansprüche dieses Geländes anzupassen. Auf der Erde kann das robuste System z.B. zur Unterstützung der Rettung von Verschütteten oder in der Agrarrobotik eingesetzt werden.

Für das Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik dient das System durch seine Modularität zur Verifikation von Optimierungsrechnungen und Simulationen sowie der Erprobung innovativer Regelungsansätze für Elektromobilität auf fremden und auch unserem eigenen Planeten.

Scout Rover bei Versuchen auf dem neuen Testfeld für planetare Rover beim DLR in Oberpfaffenhofen (Bild: DLR)

Eigenschaften des Systems:

Leichtbau für Gesamtmasse von ~18 kg
>6 kg Nutzlastkapazität bei >5,0 l Nutzlastvolumen
Fortbewegung basierend auf nachgiebigen „Rimless Wheels“
Maximalgeschwindigkeit ~1,7 m/s
Höhe der überwindbaren Hindernisse >250 mm

Robustheit:

Überlebt Stürze aus >1,5 m Höhe
Fehlertolerant gegenüber Motorausfällen und mechanischem Versagen
Einfaches intelligentes Design: 6 Motoren für 6 Räder
Kopfüber-Fahrten möglich
Phasenversatz der Räder nach bionischem Vorbild

Effizienz:

Batterielaufzeit ~4 Stunden
Passiv nachgiebige Elemente speichern Energie und unterstützen aktiv die Fortbewegung

Aufgaben:

Erforschung von Höhlen auf Mars und Mond
Suche nach Leben in extraterrestrischen Höhlen und prüfen der Habitabilität
Transport von Nutzlast in gefährliche Gebiete
Search & Rescue
Beprobung von Böden in begrenzter Tiefe
Scouting für größere Rover oder Zusatzmodul für stationäre Lander
Terrestrische Anwendungen: Forschung, Search & Rescue, Agrarrobotik, Höhlenrettung

Weiterführende Informationen:

https://lpsc2021.ipostersessions.com/default.aspx?s=8A-BF-3E-9C-8B-4F-FA-20-49-08-61-64-4E-BB-FD-E2#

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00033220

Missionsskizze:

https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2021/pdf/1443.pdf

Videos:

https://youtu.be/ajW1QBk44XQ

https://youtu.be/buo9ecraWhM

Veröffentlichungen:

A mission concept for lava tube exploration on mars and moon – the DLR Scout rover. R Lichtenheldt, E. Staudinger, S. Adeli, J.P.P. Vera, G. Giudice, M. Baqué; 52nd Lunar and planetary Science Conference, 2021

Kolusz, Adam (2020) System wykrywania przeszkód łazika Scout bazujący na stereoskopowej kamerze głębi Obstacle detection system for the Scout Rover based on depth stereo vision. Masterarbeit, AGH Krakau.

Lichtenheldt, Roy (2020) Towards exploration of future mining capabilities - terramechanics and robotic planetary exploration of lavatubes. KGK III - Space Mining Conference, Krakau, Polen

Wiesner, Manuel (2018) Design and Control of a planetary Exploration Scout for extreme Environments based on the rimless Wheel. Masterarbeit, Universität der Bundeswehr München.

Stubbig, Leon und Lichtenheldt, Roy und Becker, Felix und Zimmermann, Klaus (2017) Model-based development of a compliant locomotion system for a small scout rover. In: Ilmenau Scientific Colloquium 59 (www.db-thueringen.de), 59. ilmedia. 59th Ilmenau Scientific Colloquium, 11–15 September 2017, Ilmenau, Deutschland.

Kontakt

Dr. Roy Lichtenheldt
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik, Raumfahrt-Systemdynamik
Oberpfaffenhofen-Wessling
Tel.: +49 8153 28-3095
Fax: +49 8153 28-44-3883