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RTI Real-Time Innovations

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16.12.2020

ESA kommuniziert zwischen ISS und Roboter über RTI Connext DDS

Die European Space Agency (ESA) nutzt das Software-Framework RTI Connext DDS, um die Herausforderungen mit Telerobotik-Systemen bei Missionen im All zu lösen. Es kommt für die Kommunikation und Videoübertragung zum Einsatz, um Objekte von Bord der Internationalen Raumstation (ISS) über große Entfernungen zu kontrollieren.

Ein Telerobotik-Gerät liefert visuelle und sensorische Daten an den Bediener und reagiert auf die Bewegungen des menschlichen Controllers, die drahtlos kommuniziert werden. Mithilfe von RTI Connext DDS konnten Entwickler im Rahmen des Analog-1-Projekts der ESA komplexe Kommunikation von der ISS zum erdgebundenen Explorationsroboter verwalten. Die Verwendung von DDS ermöglichte es der ESA, aktives Feedback vom Roboterarm zu erhalten, während sie den Greifer per Fernbedienung steuerte und so mit der Präzision und Geschicklichkeit einer menschlichen Hand arbeiten konnte.

Roboter übernehmen

Sind Umgebungen für Menschen zu gefährlich, kommen Roboter ins Spiel – beispielsweise zum Sammeln geologischer Proben unter rauen Bedingungen. Hier muss der Roboter Teil eines haptischen Regelkreises sein. Der Astronaut muss mit dem Roboter interagieren können und sogar die taktilen Empfindungen des Roboters durch einen Joystick oder Datenhandschuhe selbst erfahren. Dafür benötigt das System einen Regelkreis mit geringer Latenz. Dieser erzeugt jedoch ein hohes Volumen an Video- und Echtzeit-Telemetriedaten. Damit alles nach Plan funktioniert, erfordert es eine deterministische Kommunikation nahezu in Echtzeit.

Data Distribution Service Standard

Mithilfe des Konnektivitätssstandards Data Distribution Service™ (DDS) konnte die ESA einen Echtzeit-Regelkreis zwischen der Raumstation und dem Roboter mit RTI Connext DDS als Kommunikationsschicht aufbauen. Diese Art der Kommunikation erfordert eine DIL-Kommunikationsverbindung, die durch eine extreme Nachrichtenlatenz und Jitter charakterisiert ist. In solch einer Umgebung muss der Status kontinuierlich bewertet und in den Regelkreis zurückgeführt werden.

Auch das Übertragen von komprimierten Videos wurde vereinfacht, denn die ESA kann das User Datagram Protocol (UDP) verwenden, um große Datenmengen über unberechenbare Kommunikationsverbindungen in Bewegung zu halten. UDP ist sehr zuverlässig, da es in der Transportschicht auf Connext DDS ausgeführt wird und keine Netzwerkressourcen verbraucht. Zudem erreichte die ESA eine Connext-DDS-Integration in Qt QML, was die Basis ihrer Benutzeroberfläche darstellt. Da es sich bei vielen Komponenten einfach um C++- Schnittstellen zwischen QML und DDS handelt, kann das Human Robotic Interaction Laboratory der ESA diese Schnittstellen jetzt flexibel erweitern. Mit Blick auf die Zukunft lassen sich Komponenten schnell für nachfolgende Projekte und Demos anpassen.

Telerobotik bei der ESA

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist führend in der Entwicklung von Telerobotik, was für die Organisation von entscheidender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Weltraumforschung ist. Versteckt in der malerischen Küstenstadt Noordwijk in den Niederlanden entwickelt das Human Robot Interaction Laboratory der ESA wegweisende haptische Lösungen mit ferngesteuerten halbautonomen Robotern.

Diese Roboter bieten Möglichkeiten zur interaktiven Entdeckung und Erforschung von Orten, an denen es unmöglich oder unpraktisch erscheint, Astronauten zu entsenden.