Scientific Exploration of Challenging Planetary Analog Environments with a Team of Legged Robots

要約

科学調査や現場での資源利用を目的とした惑星探査への関心はますます高まっています。
しかし、最先端の惑星探査ロボットは急な斜面、構造化されていない地形、緩い土壌を横断することができないため、多くの関心のある場所にはアクセスできません。
さらに、現在の単一ロボットのアプローチでは、限られた探索速度と単一セットのスキルしか許可されません。
ここでは、困難な惑星のアナログ環境での探査ミッションのための補完的なスキルを備えた脚式ロボットのチームを紹介します。
私たちはロボットに、効率的な移動コントローラー、オンラインおよびミッション後の視覚化のためのマッピング パイプライン、科学的ターゲットを強調表示するためのインスタンスのセグメンテーション、および遠隔および現場調査のための科学機器を装備しました。
さらに、ロボットの1台にはロボットアームを組み込み、高精度な測定を可能にしました。
脚式ロボットは、25 度を超える粒状の斜面、緩い土壌、構造化されていない地形などの代表的な地形を迅速に移動でき、車輪付きローバー システムと比較した利点が強調されます。
私たちは、スイスの採石場にある BeyondGravity ExoMars 探査車のテストベッド、およびルクセンブルクの Space Resources Challenge でのアナログ展開でのアプローチの検証に成功しました。
私たちの結果は、高度な移動、知覚、測定スキル、およびタスクレベルの自律性を備えた脚式ロボットのチームが、短時間で効果的なミッションを成功裏に遂行できることを示しています。
私たちのアプローチにより、現在人間やロボットの手の届かない惑星の標的サイトの科学的探査が可能になります。

要約(オリジナル)

The interest in exploring planetary bodies for scientific investigation and in-situ resource utilization is ever-rising. Yet, many sites of interest are inaccessible to state-of-the-art planetary exploration robots because of the robots’ inability to traverse steep slopes, unstructured terrain, and loose soil. Additionally, current single-robot approaches only allow a limited exploration speed and a single set of skills. Here, we present a team of legged robots with complementary skills for exploration missions in challenging planetary analog environments. We equipped the robots with an efficient locomotion controller, a mapping pipeline for online and post-mission visualization, instance segmentation to highlight scientific targets, and scientific instruments for remote and in-situ investigation. Furthermore, we integrated a robotic arm on one of the robots to enable high-precision measurements. Legged robots can swiftly navigate representative terrains, such as granular slopes beyond 25 degrees, loose soil, and unstructured terrain, highlighting their advantages compared to wheeled rover systems. We successfully verified the approach in analog deployments at the BeyondGravity ExoMars rover testbed, in a quarry in Switzerland, and at the Space Resources Challenge in Luxembourg. Our results show that a team of legged robots with advanced locomotion, perception, and measurement skills, as well as task-level autonomy, can conduct successful, effective missions in a short time. Our approach enables the scientific exploration of planetary target sites that are currently out of human and robotic reach.

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