Overig: Marsrover en Robojeep (1995 – heden)

Marsrover en Robojeep (1995 – heden)

Als de volgende definitie van robotica wordt gebruikt: denken, detecteren en handelen, dan zijn de voor robotica-toepassingen benodigde technologieën al vele jaren door TNO op Waalsdorp bestudeerd. Het laboratorium heeft jarenlange expertise in de relevante sensortechnologieën, signaal- en beeldverwerking, sensorfusie, command & control, communicatie, operationele studies, simulaties, actuatoren, scenarioanalyses en vele andere technologische gebieden.
Robotica heeft voordelen wanneer het wordt gebruikt voor taken die saai, gevaarlijk, moeilijk of vies zijn.
Sinds halverwege de jaren negentig werkte het laboratorium in een reeks projecten aan de ontwikkeling van Virtual Reality en roboticatechnologieën en -expertise.

Daarnaast speelt simulatie speelt een belangrijke rol in de navigatie. Rond 1995 is door TNO interdisciplinair expertise ontwikkeld om een ​​voertuig te simuleren dat zich verplaatst in een ongestructureerd terrein. Destijds was het doel de navigatie van een maan- of marsrover, waarbij door tijdsvertraging een directe besturing door een operator onmogelijk was. Tijdvertragingen bij het rijden op Mars bedragen zo’n 20 minuten. Daarom is simulatiesoftware ontwikkeld om een ​​route te plannen en te simuleren of de interplanetaire rover in staat is om een geplande route te volgen. De simulatie omvatte de voertuigdynamica om in te schatten of hellingen in het terrein door het voertuig konden worden bereden. Deze software werd geïmplementeerd in het robotica-testbed om te na te gaan of een berekende route haalbaar was in het testbed. Van cruciaal belang was daarbij de realiteit van de simulatie, zoals beschreven door Wubbo Okkels in een interview.

De (mars)rover
De maan- of marsrover in realistisch terrein

 

Een wielmotor en de stuur- en stroomeenheden
Een wielmotor en de stuur- en stroomeenheden

 

De maanrover met Virtual Reality besturing (1996)
De maanrover met Virtual Reality besturing tijdens een demonstratiein 1996

 
In september 1997 werden deze multidisciplinaire onderzoeksactiviteiten geformaliseerd toen een robotica-kernteam begon aan de uitvoering van een masterplan. Begin 1998 werd begonnen aan het ontwerpen en bouwen een onbemand voertuig, de Robojeep. Dit voertuig heeft als missie om te navigeren in een ongestructureerde omgeving en om semi-autonoom bruikbare waarnemingen in die omgeving te verrichten. Voor militaire toepassingen kan een dergelijk voertuig belangrijk zijn, denk aan verkenningen en aan het ruimen van landmijnen en IEDs.

TNO's Robojeep (2000)
TNO’s Robojeep (2000)

De duinen achter het laboratorium vormen een goed testgebied voor het ontwikkelen van adaptieve navigatiestrategieën voor (semi-)autonome voertuigen. Geëxperimenteerd is met een reeks aan sensoren die aan de Robojeep gehangen werden of daarin ingebouwd werden. Dat levert de informatie voor precisienavigatie:

  • GPS met gegist bestek
  • Ultrasonische sensoren
  • Laserscanner
  • Stereoscopische camera
  • OdometersSchematic design of the autonomous jeep

Schematisch ontwerp van de autonome jeep 

Steering actuator
Stuurautomaat
Hierarchical control
Hierarchische besturing en benodigde reactiemechanismen 

Afstandbesturng van de Robojeep koppelt in op laag 2. De uitdaging was om een driedimensionaal beeld op te  bouwen met de sensoren en om daarmee slim kennis op te bouwen van de omgeving zodat daar veilig in gereden kan worden. De hogere lagen vereisen meer informatie over de omgeving en verwerkingscapaciteiten.

Stereo camera in the jeep
Stereocamera ingebouwd in de Robojeep

Onderstaande figuur toont een stereoscopisch beeld gemaakt in de duinen met de stereocamera’s van de Robojeep.

Stereoscopisch beeld vanuit de Robojeep
Stereoscopisch beeld vanuit de Robojeep

Geavanceerde beeldverwerking berekent de hoogten ten opzichte van een grondniveau zodat obstakels herkend worden. De afbeelding hieronder toont de hoogte waarbij een hoogtebeeld met kleurcodes ontstaat.

Hoogte-indicatie in het beeld met kleurcodes
Hoogte-indicatie in het beeld met kleurcodes
Simulatie voor missieplanning en -uitvoering
Simulatie voor missieplanning en -uitvoering

MPEG – film van eerste rit van de op afstand bestuurde Robojeep op 12 oktober 1999. Een in het voertuig aanwezige persoon kon ingrijpen als de veiligheid dat vereiste.