Unter einer großen Anzahl verfügbarer Designs mobiler Bodenrobotersysteme sind Laufroboter potenziell die vielseitigsten Systeme zur Überquerung unebenen Terrains im Vergleich zu ketten- oder radangetriebenen Roboter. Allerdings müssen für den erfolgreichen Einsatz laufender Roboter komplexe Probleme der Bahnplanung und -steuerung gelöst werden. Ihre besondere Eigenschaft eine kontinuierliche Fortbewegung auch über lange Strecken unebenen Terrains durch diskretes Lösen und Herstellen von Fuß-Boden-Kontakten zu erzeugen, führt zu einzigartigen Fortbewegungsfähigkeiten in anspruchsvollen Umgebungen. Dies ermöglicht es ihnen prinzipiell eine potenzielle Vielzahl von nicht zusammenhängenden Objekten (z. B. Trittsteine) zu überqueren und über Hindernisse (z. B. Geröll) zu klettern. Laufende Roboter haben auch durch die DARPA Robotics Challenge (2013-2015) in den letzten Jahren wachsendes Interesse in Forschung und Anwendung gewonnen, weshalb erhebliche Fortschritte bei der Hardware von Laufrobotern und der Leistung der Bewegungssteuerung und -regelung erzielt wurden.

Um das Potential dieser einzigartigen Fortbewegungsmöglichkeiten laufender Roboter voll auszuschöpfen, sind Forschritte in den autonomen Fähigkeiten laufender Roboter notwendig, da die hohe mechatronische Komplexität vieler Gelenke und Bewegungsfreiheitsgrade die Teleoperation durch den Menschen auf der Gelenkebene in hohem Maße unpraktikabel macht. Die Fähigkeit der Überwachung durch einen per drahtloser Kommunikation verbundenen menschlichen Bediener auf einem hohen Abstraktionsniveau ist erforderlich, um zuvor unbekannte Gebiete mit einem mehrbeinigen Roboter das erste Mal erfolgreich zu durchqueren. Diese Arbeit befasst sich mit Fortschritten in mehreren Bereichen: Eine effiziente Wahrnehmung, insbesondere von unebenem und unregelmäßigem Gelände, und eine dafür geeignete digitale Repräsentationen als zwingende Voraussetzungen für die Entwicklung neuer Methoden für die Bestimmung zulässiger (und postural stabile) Trittpositionen sowie deren Orientierung in solchen schwierigen Terrains werden untersucht. Darauf aufbauend wird die Planung und Navigation von Sequenzen geeigneter Schritte entwickelt, um einen Geländeabschnitt zu durchqueren. Die Ausführung von Schrittsequenzen über große Entfernungen erfordert Methoden zur Verwendung der verfügbaren Laufroboter-spezifischen Bewegungsreglern für die wiederholte Online-Aktualisierung und das Zusammenfügen von Schrittplänen, um ein kontinuierliches autonomes Gehen über lange Strecken in unebenem Gelände zu erreichen. Darüber hinaus ist die Wiederverwendbarkeit von Wahrnehmungs-, Planungs- und Schrittausführungsmethoden für verschiedene Arten von laufenden Robotern äußerst wünschenswert, um das resultierende Framework effizient an verschiedene Robotertypen und deren spezifische kinematische und dynamische Bewegungseigenschaften und -steuerungen anzupassen und anzuwenden.

Die in dieser Arbeit vorgestellten innovativen Methoden und Implementierungen werden in schwierigem unwegsamen Gelände mit sieben verschiedenen Typen moderner Laufroboter erfolgreich evaluiert: zwei Versionen des humanoiden Roboters Atlas von Boston Dynamics, zwei Versionen des THORMANG Roboters von Robotis ausgestattet mit individuellen sensorischen und onboard Berechnungskapazitäten, der humanoide WALK-MAN Roboter, der vierbeinige Roboter ANYmal von ANYbotics und einem kettenradangetriebenen Roboter mit vier aktuierten Flippern (Telemax Hybrid Roboter von Telerob). Es wird erfolgreich gezeigt, wie das neuartige Fußschrittplanungs-Framework den aktuellen Forschungsstand auf dem Gebiet der 3D-Planung erweitert, indem durch die Anwendung der in der Thesis entwickelten Ansätze eine Verbesserung der Gesamtleistung des Planers erreicht wird und effizient geeignete Fußschrittpläne sogar in bisher nicht oder nur mühsam durchquerbarem Gelände generiert werden können. Die Generalität und Modularität des entwickelten Frameworks erlauben nicht nur den flexiblen Einsatz mit verschiedenen Typen von Laufrobotern, sondern, wie in der Evaluation erfolgreich demonstriert, auch die Verallgemeinerung über den primären Anwendungszweck hinaus, z.B. als automatische Flipper-Steuerung für einen Kettenroboter, der unwegsames Gelände durchquert.