Wie sich ein Roboter unter der Erde orientieren kann – Neues Messsystem wird getestet

Ansicht des Fahrzeugs
Der Vermessungsroboter soll eine unbekannte Umgebung autonom erfassen und mit den Daten ein dreidimensionales Modell einer Lagerstätte erstellen. Ab Herbst testen Forschende der TU Bergakademie Freiberg den Roboter über und unter Tage.

Künftig könnte das Multisensorsystem Grundlagen zur Erschließung neuer Lagerstätten liefern und die Sicherheit in Bergwerken überwachen. Für die Entwicklung des neuen Roboters hat sich das Institut für Markscheidewesen und Geodäsie (Arbeitsgruppen Sensorik und Lagerstätten) mit den Professoren Gerhard Heide (Mineralogie) sowie Bernhard Jung (Virtuelle Realität und Robotik) zusammengeschlossen.

Das System besteht aus einem elektrisch angetriebenen Allradfahrzeug und der installierten Sensorik. Ein Teil der Sensoren, eine Stereokamera sowie die Profillaserscanner und eine bildgebende Überwachungskamera gehören zur Standardausrüstung eines mobilen Roboters. „Ergänzt wird die Technik nun um eine hochauflösende Multispektralkamera sowie drei Radarsensoren und eine inertiale Messeinheit, mit der sich der Roboter im Zentimeterbereich präzise platzieren kann. Die Hyperspektralkamera wird für die bildbasierte Analyse von Gesteinsoberflächen benötigt“, erklärt Priv.-Doz. Ralf Donner vom Institut für Markscheidewesen. Die Daten aller Sensoren werden zu einer sogenannten attributierten 3D-Punktwolke fusioniert, die die Grundlage für die Auswertungen der Daten bildet.

Robotik unter Tage für Geomonitoring nutzen

„Die schwierigen untertägigen Bedingungen, zum Beispiel Nebel und Staub, verhindern oftmals die alleinige Aufnahme der Lagerstättengeometrie mit optischen Methoden wie Kameras oder Laserscannern. Eine robuste Alternative dazu bilden Radar-Sensoren, welche aufgrund ihrer längeren elektromagnetischen Wellenlänge diese Hindernisse ungestört durchdringen. Insbesondere im Monitoring von Änderungen im Millimeter-Bereich hat sich die Radarinterferometrie als leistungsstarke Technik im übertägigen satellitengestützten als auch stationären terrestrischen Bereich erwiesen“, so der wissenschaftliche Mitarbeiter. Ziel des Forschendenteams ist es, die interferometrische Technik zur hochgenauen Änderungsdetektion in das nicht stationäre, untertägige Umfeld zu übertragen. „Das neue Messsystem ist jetzt einsatzbereit und wird in den kommenden Monaten in einem übertägigen Testparcours erste Messungen vornehmen“, sagt Prof. Jörg Benndorf. „Sobald die Arbeiten am Schacht des Forschungs- und Lehrbergwerks abgeschlossen sind und die Grube wieder zugänglich ist, planen wir die erste untertägige Erkundungsfahrt.“

Bis dahin stehen Instrumentenprüfungen und die Automatisierung der Fahrzeugsteuerung im Mittelpunkt der Weiterentwicklung. „In einem ersten Schritt muss das System in einer bekannten Umgebung sicher autonom fahren. Später soll auch eine unbekannte Umgebung autonom erschlossen werden können“, so Ralf Donner. Laut den Forschenden ist die Automatisierung des untertägigen Erkundens und Monitorings essenziell für ein umfassendes digitales Modell einer Lagerstätte. Wird das optimierte digitale Modell Fachleuten zur Verfügung gestellt, können sie wichtige Informationen entnehmen: “Wo befinden sich werthaltige Minerale, wie können sie effektiv abgebaut werden und welche Gegebenheiten sind relevant für die Sicherheit im Bergwerk?“, nennt Prof. Jörg Benndorf als Beispiele.

Das Multisensorsystem wurde gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie das Sächsische Ministerium für Wissenschaft und Kunst.

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Priv.-Doz. Ralf Donner, Ralf.Donner@tu-freiberg.de