18 Tonnen Autonomie: das Baggerprojekt Thor

Auf der Hannover Messe 2012 stellten die Uni Kaiserslautern und der Hersteller von Nutzfahrzeugen Volvo AB ihr gemeinsames Forschungsprojekt Thor vor. Dabei soll langfristig ein mobiler, autonomer Baggerroboter entwickelt werden, der vom Grabenziehen bis zum Hangabtragen alle üblichen Aufgaben selbstständig erledigen kann.

Als Testmodell wurde kein Roboter von Grund auf konstruiert, sondern ein handelsübliches, 18 Tonnen schweres Baggermodell von Volvo entsprechend aufgerüstet. Zur Neuausstattung gehörten elektrohydraulische Steuerventile und Längenmess-Sensoren für den Baggerarm, ebenso wie Drehratengeber, Laser-Scanner, 3D-Kameras und eingebettete Hardware zur Dateninterpretation und Lenkung.

Die enormen Kräfte, die ein emsiger Bagger entfaltet, können natürlich erhebliche Gefahr für Mensch und Maschine mit sich bringen. Deshalb haben die Entwickler zweigleisig gearbeitet und neben der realen Maschine auch eine Simulationsumgebung geschaffen, auf Basis des freien SimVis3D und der Physik-Engine Newton. Da sowohl Simulation als auch Bagger dasselbe Interface nutzen, sollen die Simulationserkenntnisse direkt auf die Steuerung der realen Maschine portierbar sein.

Auch in der Simulation gilt dabei: Ein Bagger soll was schaufeln. Deshalb wurde eigens eine Erdreichsimulation entwickelt. Um die hunderttausenden einzelnen Erdpartikel in Echtzeit darstellen zu können, setzte man auf die parallelen Verarbeitungskapazitäten aktueller Grafikkarten.

In der Steuerung des autonomen Systems nutzten die Entwickler einen verhaltensbasierten Ansatz. Dafür werden die globalen Aufgaben des Baggers in verschiedene, kleine Verhaltensmodule untergliedert, wie z. B. das Justieren der Schaufeltiefe oder das Ziehen oder Drehen der Schaufel. Je nach sensorischem Input wird eins der Verhaltensmodule priorisiert. Damit, so hoffen die Entwickler, kann Thor auf unbekannte Situationen wie etwa Steine im Erdreich schneller reagieren.

Bis morgens der störende Baustellenlärm von unbemannten Baggern produziert wird, dürfte aber noch einige Zeit ins Land gehen. Wie Mit-Entwickler Daniel Schmidt erläuterte, kann Thor derzeit lediglich in einfach strukturierten Flächen agieren und etwa Material in einen nahestehenden Laster schaufeln – komplexere Aufgaben oder auch die zahlreichen kleinen Ausgleichsbewegungen, die zur Routine eines geübten Baggerfahrers gehören, sind noch nicht möglich. (axk)