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System Architecture and Design Considerations for the Humanoid Robot Rollin' Justin in Context of the Surface Avatar Mission

Bauer, Adrian Simon und Köpken, Anne und Batti, Nesrine und Butterfaß, Jörg und Ehlert, Tristan Hagen und Friedl, Werner und Gumpert, Thomas und Lay, Florian Samuel und Luo, Xiaozhou und Manaparampil, Ajithkumar Narayanan und Mayershofer, Luisa und Raffin, Antonin und Schmidt, Florian und Seidel, Daniel und den Exter, Emiel und Luz, Rute und Schmidt, Annika und Schmaus, Peter und Leidner, Daniel und Krüger, Thomas und Lii, Neal Yi-Sheng (2025) System Architecture and Design Considerations for the Humanoid Robot Rollin' Justin in Context of the Surface Avatar Mission. In: 2025 IEEE Aerospace Conference, AERO 2025, Seiten 1-14. IEEE. IEEE Aerospace Conference 2025, 2025-03-01 - 2025-03-08, Big Sky, MT, USA. doi: 10.1109/AERO63441.2025.11068600. ISBN 979-8-3503-5597-0. ISSN 2996-2358.

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21MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11068600

Kurzfassung

With continuous advancements in robotics, both in hardware and in software, the feasibility to deploy robotic assistants as co-workers for astronauts in real mission scenarios is coming in sight. In the context of the Surface Avatar International Space Station (ISS) telerobotic technology demonstration mission, we study the requirements in terms of user interface (UI), robotic capabilities, and communication to enable efficient usage of robots as astronaut's co-workers. During the experiments, astronauts onboard the ISS command a team of heterogeneous robots at the German Aerospace Center (DLR) in Oberpfaffenhofen, Germany, to perform experimental tasks in a Mars analog environment. In order to complete the tasks successfully, the astronauts have to select between different robot command modalities, namely teleoperation and supervised autonomy. While previous publications have mostly focused on the UI, the interfaces between robots and the UI, and the overall mission concept, this work sheds light on the robotic back-end and provides a description of our reference implementation. Utilizing the humanoid robot Rollin' Justin as our prime use case, we describe the modules that enable the robotic capabilities that are offered to the astronauts as well as their implementations. As a core aspect of Surface Avatar is the ability to select from different command modes, i.e. supervised autonomy and direct teleoperation, we put special focus on the high-level modules that enable supervised autonomy, such as knowledge representation, belief state representation, and reasoning, as well as the teleoperation interfaces. The paper also describes the integration of the aforementioned modules into the overall system. In this work we share the decisions and iteration processes that lead up to our current design, the motivation behind the decisions, the limitations they imply on the system, and the lessons learned during the process. This work particular examines these modules in the context of the Surface Avatar experiment session and describes, in particular, the improvements that have been achieved in comparison to previous versions. While the system continues to evolve to support new features for upcoming experiment sessions, our description covers the state of the robot during the first ISS experiment sessions and the two following prime sessions of Surface Avatar.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213351/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:System Architecture and Design Considerations for the Humanoid Robot Rollin' Justin in Context of the Surface Avatar Mission
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bauer, Adrian SimonAdrian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1171-4709191971281
Köpken, Anneanne.koepken (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Batti, Nesrinenesrine.batti (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-2404-158X191971282
Butterfaß, JörgJoerg.Butterfass (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ehlert, Tristan Hagentristan.ehlert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-3626-6364191971283
Friedl, WernerWerner.Friedl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3002-7274NICHT SPEZIFIZIERT
Gumpert, ThomasThomas.Gumpert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lay, Florian SamuelFlorian.Lay (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Luo, XiaozhouXiaozhou.Luo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4315-366XNICHT SPEZIFIZIERT
Manaparampil, Ajithkumar Narayananajithkumar.manaparampil (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mayershofer, Luisaluisa.mayershofer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-2587-6973191971284
Raffin, AntoninAntonin.Raffin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6036-6950NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, FlorianFlorian.Schmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seidel, DanielDaniel.Seidel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2240-3850191971285
den Exter, EmielEmiel.den.Exter (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Luz, RuteRute.Luz (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, Annikaannika.schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4718-4201191971286
Schmaus, PeterPeter.Schmaus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leidner, DanielDaniel.Leidner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5091-7122NICHT SPEZIFIZIERT
Krüger, Thomasthomas.krueger (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lii, Neal Yi-ShengNeal.Lii (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2025
Erschienen in:2025 IEEE Aerospace Conference, AERO 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/AERO63441.2025.11068600
Seitenbereich:Seiten 1-14
Verlag:IEEE
ISSN:2996-2358
ISBN:979-8-3503-5597-0
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Humanoid Robot, ISS, Service Robotics, Space Robotics, Shared Autonomy, Teleoperation, Supervised Autonomy, integrated Task and Motion Planning, Knowledge Representation, Environment Modeling
Veranstaltungstitel:IEEE Aerospace Conference 2025
Veranstaltungsort:Big Sky, MT, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 März 2025
Veranstaltungsende:8 März 2025
Veranstalter :IEEE
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Telerobotik, R - On-Orbit Servicing [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Bauer, Adrian Simon
Hinterlegt am:16 Sep 2025 10:03
Letzte Änderung:16 Sep 2025 10:03

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