Telerobotik

Sicherheitsteleroboter Justus auf Patrouille in Prag

Die Telerobotik ist ein Teilgebiet der Robotik, das sich mit der Steuerung von Robotern aus der Distanz beschäftigt. Zur Anwendung kommen vor allem kabellose Übertragungsverfahren, wie Wireless LAN, Bluetooth, das Deep Space Network, Tethering oder das Internet. Es werden zwei große Teilgebiete unterschieden: Telepräsenz mit Telepräsenzrobotern und Teleoperation mit Teleoperationsrobotern.

Überblick

Teleoperation

Datei:Lunokhod 1.jpg

Lunochod 1, der erste Teleroboter im Weltall (1970 / 71)

Teleoperation bezeichnet vereinfacht gesagt: Arbeit auf Distanz. Ein Teleoperator (auch Telemanipulator genannt) ist ein technisches Gerät, dass ferngesteuert von einem menschlichen Leitstand gesteuert wird. Ist dieses Gerät zu autonomer Arbeit fähig wird es Teleroboter genannt, ist es vollständig autonom wird es Roboter genannt.

In einfachen Fällen korrespondieren die Befehle des Leitstands mit denen des Geräts, wie zum Beispiel bei einem ferngesteuertem Flugzeug oder einem Remotely Operated Vehicle. In Fällen in denen Verzögerungen oder Unterbrechungen in der Kommunikation eine direkte Kontrolle des Geräts unpraktikabel machen (beispielsweise bei einem Rover in der Raumfahrt) oder in denen die Arbeitsbelastung des Leitstands minimiert werden soll (zum Beispiel bei einem unbemannten Luftfahrzeug) werden die Geräte nicht über direkte Befehle gesteuert, vielmehr wird ihnen eine allgemeinerere Aufgabe vorgegeben und das Gerät wird autonom versuchen diese Aufgabe zu erfüllen. Je weiter das Gerät in diese Richtung vervollkommnet wird umso mehr entwickelt es sich von einem Teleroboter zu einem Roboter.

Telepräsenz

Telepräsenz meint vereinfacht gesagt: virtuell woanders sein. Der Telepräsenzroboter überträgt die Wahrnehmung seiner Sensoren an den Leitstand. Dabei liegt die technische Herausforderung nicht so sehr darin die Sensorergebnisse zu übertragen, sondern darin den Eindruck der virtuellen Realität zu erzeugen.

Der MIT Professor Rodney Brooks formulierte dazu folgende Vision:

„Die Telepräsenzroboter werden auf einen Gedanken hin unsere Wünsche erfüllen. Während wir vielleicht an einem bestimmten Ort physisch präsent sind, werden wir in der Lage sein, uns mental in ein Telepräsenzgerät und an einen anderen Ort zu projizieren, wenn wir dafür autorisiert sind. Alle, die diese Technologie nicht haben, werden sie bald haben wollen.“

Telepräsenzroboter Roboter sind vor allem im militärischen Bereich verbreitet, werden aber auch in der zivilen Fernerkundung eingesetzt. Im militärischen Umfeld werden sie häufig als Drohnen bezeichnet. Ihr Anwendungsbereich liegt in der Aufklärung häufig dort wo der Einsatz für Menschen zu gefährlich ist.

Technik

Fallschirmspringer der US-Navy üben mit einem Head-Mounted Displays

Die beiden wichtigsten Komponenten von Telerobotern sind die Sensorik und die Steuerungstechnik. Zur visuellen Sensorik werden zumeist drahtlose Videoübertragungssysteme eingesetzt. Die Kamera am Teleroboter so zu positionieren, dass sie eine intuitive Steuerung des Geräts erlaubt ist nicht trivial, da Verzögerungen- oder Störungen in der Datenübertragung auftreten können.

Insbesondere bei einer Kamerasteuerung über Head-Mounted Display, sind Latenzzeiten häufig für den Benutzer unangenehm und machen die Steuerung unintuitiv. Solche Verzögerungen, Störungen oder andere Einschränkungen können beim Benutzer die sogenannte Simulator Sickness mit Übelkeit hervorrufen.

Interfaces

Teleroboter können durch so einfache Schnittstellen, wie ein Monitor-Maus-Tastatur Interface gesteuert werden. Vor allem über das Internet gesteuerte Teleroboter verwenden zumeist ein so einfaches Interface. Eine sinnvolle Erweiterung ist hier häufig ein Joystick, das eine intuitivere Steuerung für 2D Roboterbewegungen erlaubt.

Für Telepräsenzroboter werden in der Regel Head-Mounted Displays eingesetzt. Die Steuerung erfolgt dann entweder über ein Joystick oder über Kopfbewegungen.

Anwendungsbereiche

Roboterassistiertes Chirurgiesystem 'da Vinci'

Mit Ausnahme des Apollo-Programms wurden in allen Programmen der Weltraumforschung telerobotische Raumsonden eingesetzt. Auch die meisten Teleskope werden telerobotisch gesteuert. Bedeutende Beispiele sind die Mars Exploration Rover und das Hubble Space Telescope. Die Internationalen Raumstation ISS verfügt über zwei telerobotisch gesteuerte Roboterarme, die Special Purpose Dexterous Manipulator heißen.

Marine Remotely Operated Vehicles (ROVs) werden zu Erforschung der Tiefsee und zur Reparatur von Bohrinseln eingesetzt.

Ein weiteres großes Feld der Telerobotik ist die Medizin. Vor allem in der Chirurgie werden Systeme zur roboterassistierten Chirurgie eingesetzt.

Auch in der Verarbeitung radioaktivier Stoffe werden telerobotische Roboterarme eingesetzt.

Quellen

Literatur

• Manuel Ferre, Martin Buss, Rafael Aracil, Claudio Melchiorri, Carlos Balaguer (Hrsg.): Advances in Telerobotics. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71363-0 (Online in der Google-Buchsuche). 
• Patrick Rößler: Telepräsente Bewegung und haptische Interaktion in ausgedehnten entfernten Umgebungen. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe 2009, ISBN 978-3-86644-346-4. 

Weblinks

• NASA Space Telerobotics Program. März 1998, abgerufen am 24. März 2010 (englisch).