Das Schweizer Drohnen- und Robotik-Zentrum des VBS (SDRZ VBS) von armasuisse Wissenschaft und Technologie (W+T) besitzt verschiedene Forschungsdemonstratoren. Einer davon, ein unbemannter Schreitbagger, wurde nun erstmals in Mit­holz eingesetzt. Das Ziel des Einsatzes war das ferngesteuerte Ausheben eines Grabens in munitionsverseuchter Umgebung.

Der Forschungsdemonstrator «ARMANO»

Entwickelt wurde «ARMANO» (Articulated Robotic Manipula­tor for Numerous Operations) an der Eidgenössischen Tech­nischen Hochschule Zürich (ETHZ) in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern. Der Demonstrator besteht aus zwei Syste­men: einer Teleoperationsstation inklusive Cockpit und einem Schreitbagger. Dieser ist in seiner kommerziellen Version mit vier Rädern und hydrostatischem Allradantrieb ausgestattet. Dadurch erreicht er eine Geländegängigkeit, welche jene von herkömmlichen Rad- oder Raupenfahrzeugen übertrifft. Die­ser Schreitbagger kann inzwischen dank Forschungsinvesti­tionen von armasuisse W+T unbemannt bedient werden und dürfte sich somit für Einsätze in Umgebungen mit grossem Gefahrenpotential für den Menschen eignen. Im Gegensatz zu her-kömmlichen Maschinen verfügt der Forschungsdemons­trator «ARMANO» über folgende besondere Eigenschaften:

• Automatisierter Unterwagen
  Zur Automatisierung des Unterwagens wurden neue hydrau­lische Abstützzylinder und die dazugehörigen Komponenten entwickelt. Aufbauend auf Erkenntnissen der Laufrobotik im­plementierte die ETHZ eine Software, womit der Demonstra­tor seine Beine automatisch und optimal am Boden aufliegen lassen kann. Diese Automatisierung vereinfacht die Bedienung und erhöht zudem die Stabilität der Maschine im Gelände.

• Teleoperationsstation mit Cockpit
  Forschende der ETHZ haben ein Cockpit realisiert, welches sich in einer Teleoperationsstation befindet. Das schwenkbare Cockpit erlaubt Baumaschinenführern eine intuitive Fernsteu­erung des physisch entfernten, unbemannten Forschungsde­monstrators, auch über grössere Distanzen und ohne direkten Sichtkontakt. Der mit mehreren Kameras ausgestattete De­monstrator sendet aus seiner Umgebung erstellte Live-Bilder direkt an das Cockpit. Diese Aufnahmen werden auf total vier Bildschirmen dargestellt.

Die Automatisierung vereinfacht die Bedienung und erhöht zudem die Stabilität der Maschine im Gelände

• Drahtlose Kommunikation
  Der Demonstrator kann über das zivile Mobilfunknetz oder über eine WLAN-Verbindung ferngesteuert und überwacht werden. Zusätzlich wurde ein militärisches Funksystem zur Fernsteuerung erfolgreich getestet.

• Fernbedienung
  «ARMANO» lässt sich sowohl mit Hilfe von Kraftrückkopplungsgeräten als auch mit Kontrollern von Spielkonsolen steuern. Dies ermöglicht eine intuitivere Fernbedienung.
  
  
• Sensoren
  «ARMANO» wurde zur Fernbedienung und Automatisierung mit weiteren Sensoren ausgestattet, beispielsweise mit Kameras, GPS-Empfängern, inertialen Messeinheiten oder 3D-Laser-Distanzsensoren.

Weltweit existieren zwei solche Demonstratoren: Einer bei der ETH Zürich zur Forschung sowie einer beim SDRZ VBS für anwendungsnahe Untersuchungen. Zusammen mit dem Kommando Kampfmittelbeseitigung und Minenräumung (Kdo KAMIR) des Lehrverbands Genie/Rettung/ABC (LVb G/Rttg/ABC) und Explosivstoffexperten von armasuisse Wissenschaft und Technologie fand im Januar 2020 der erste «scharfe» Einsatz statt. 

Der Einsatz in Mitholz

In den eingestürzten Anlageteilen des ehemaligen Muni­tionslagers Mitholz und im Schuttkegel davor liegen noch immer rund 3500 Bruttotonnen Munitionsrückstände. Im Rahmen eines Auftrages zum Aushub eines 95m langen Grabens im Aussenbereich der Anlage konnte «ARMANO» Anfang Januar 2020 das erste Mal eingesetzt werden. Es ging darum, die Grabarbeiten in munitionsverseuchter Umgebung ferngesteuert durchzuführen, um damit Bau­maschinenführer ausserhalb der Gefahrenzone arbeiten zu lassen.

Bedient wurde der Demonstrator von lokalen Arbeitskräf­ten. Die dazugehörige Teleoperationsstation mit dem schwenkbaren Cockpit war in sicherer Entfernung zum Graben stationiert. Während den ganzen Baggerarbeiten bestand kein direkter Sichtkontakt zwischen Baumaschi­nenführer und «ARMANO». Das Multikamerasystem des Demonstrators übertrug Umgebungsbilder mittels draht­loser Kommunikation zur Teleoperationsstation. Damit konnte der Maschinenführer im Cockpit jederzeit das Ge­biet um den Schreitbagger überblicken und den Graben Stück für Stück ferngesteuert ausheben. Nach rund zwei Tagen war der Ersteinsatz des Demonstrators erfolgreich abgeschlossen, wobei verschiedene explosivstoffhaltige Munitionsüberreste, Munition ohne Explosivstoffe sowie Eisenschrott freigelegt wurden.

Wie weiter

Der Einsatz in Mitholz zeigte das grosse Potential des fern­gesteuerten Demonstrators «ARMANO» im risikobehaf­teten Gelände auf. Zudem wurden Erkenntnisse für eine Verbesserung der Fernsteuerung gewonnen, vor allem bezüglich Ergonomie des Cockpits, Umgebungswahrneh­mung und Kommunikationsinfrastruktur. Im Vordergrund der Weiterentwicklung stehen nun die Optimierung der konventionellen Fernbedienung sowie die Erweiterung mit neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstellen, beispielsweise durch Elemente der virtuellen Realität. Zudem wird in For­schungskooperationen untersucht, wie der Demonstrator Aufgaben stärker automatisiert lösen kann, wie etwa das automatische Errichten von Schutzwällen. In welchen Sze­narien «ARMANO» zukünftig im Einsatz stehen wird, wird sich zeigen – Potenzial und Möglichkeiten sind vorhanden.