ROSIO - Robotische System-Kontrolle für In-Orbit Fertigung und Montage-Operationen

Abstract

ROSIO ist ein DLR-Zuwendungsvorhaben das vom 1.1.2023 bis 31.12.2024 von Airbus Defence and Space durchgeführt wurde und die Entwicklung einer robotischen System-Kontrolle für In-Orbit-Fertigungs- und Montage-Operationen zum Inhalt hatte. Zukünftige robotische Weltraumoperationen werden komplexe und heterogene Robotiksysteme benötigen, deren Zusammenspiel eine detaillierte Steuerung der Aufgaben verteilt über die verschiedenen Robotikelemente beinhaltet. Hierzu wird eine robotische Systemsteuerung benötigt, die den Rahmen für diese Operationen bereitstellt. In ROSIO wurde dazu eine S/W entworfen, implementiert und getestet, die auf existierenden S/W-Rahmensystemen für On-Board-S/W und Robotik-S/W aufbaut und von dieser abstrahiert, so dass flexibel auf Kunden- und Projektanforderungen reagiert werden kann. In der aktuellen Umsetzung kann die ROSIO-S/W auf existierenden Middleware-Systemen wie z. B. ROS2, NASA-cFS oder ESA-TASTE-10 aufsetzen und eine vollständige Roboter-Systemsteuerung auf diesen Rahmensystemen definieren. Die eigentlichen S/W-Komponenten sind unabhängig vom darunterliegenden Rahmensystem und erlauben ein maximales Maß an Flexibilität. Zu den implementierten S/W Komponenten, die auf einer mehrschichtigen Referenzarchitektur wie NASREM und FRM basieren, gehören eine Missionskontrolle auf der Basis von Behaviour-Trees, eine mittlere Task-Ebene, die einzelne Aufgaben mit Hilfe von Skripten implementiert, sowie eine unterste funktionale Kontrollschicht, die alle Aktuatorkomponenten, Sensorkomponenten und intelligente Fähigkeiten des Robotik-Systems bevorratet. Daneben existieren S/W-Komponenten zur Speicherung und Verwaltung von statischen Daten (Weltmodell-Datenbank), sowie dynamischen Daten (Telemetrie-Daten der einzelnen Komponenten der funktionalen Schicht). Die Funktionalität des Systems wurde anhand eines Demonstratorsystems unter Laborbedingungen getestet und über eine prototypisch implementierte Bodenkontrollstation ferngewartet. Datei-Upload durch TIB ROSIO is a DLR grant project that was carried out by Airbus Defence and Space from January 1, 2023 to December 31, 2024 and involved the development of a robotic system control for in-orbit manufacturing and assembly operations. Future robotic space operations will require complex and heterogeneous robotic systems whose interaction includes detailed control of the tasks distributed across the various robotic elements. This requires a robotic system control that provides the framework for these operations. In ROSIO, a software was designed, implemented and tested that builds on and abstracts from existing software framework systems for on-board software and robotics software so that it is possible to respond flexibly to customer and project requirements. In the current implementation, the ROSIO software can be used on existing middleware systems such as ROS2, NASA-cFS or ESA-TASTE-10 and defines a complete robot system control on these framework systems. The actual software and software components are independent of the underlying framework system and allow a maximum degree of flexibility. The implemented software and software components, which are based on a multi-layer reference architecture such as NASREM and FRM, include mission control based on behavior trees, a middle task level that implements individual tasks using scripts, and a lowest functional control layer that stores all actuator components, sensor components and intelligent capabilities of the robotic system. There are also software components for storing and managing static data (world model database) and dynamic data (telemetry data of the individual components of the functional layer). The functionality of the system was tested using a demonstrator system under laboratory conditions and remotely maintained via a prototype implemented ground control station.