In this thesis, time-optimal control of the bi-steerable robot is addressed. The bi-steerable robot, a vehicle with two independently steerable axles, is a complex nonholonomic system with applications in many areas of land-based robotics. Motion planning and optimal control are challenging tasks for this system, since standard control schemes do not apply. The model of the bi-steerable robot considered here is a reduced kinematic model with the driving velocity and the steering angles of the front and rear axle as inputs. The steering angles of the two axles can be set independently from each other. The reduced kinematic model is a control system with affine and non-affine inputs, as the driving velocity enters the system linearly, whereas the steering angles enter nonlinearly. In this work, a new approach to solve the time-optimal control problem for the bi-steerable robot is presented. In contrast to most standard methods for time-optimal control, our approach does not exclusively rely on discretization and purely numerical methods. Instead, the Pontryagin Maximum Principle is used to characterize candidates for time-optimal solutions. The resultant boundary value problem is solved by optimization to obtain solutions to the path planning problem over a given time horizon. The time horizon is decreased and the path planning is iterated to approximate a time-optimal solution. An optimality condition is introduced which depends on the number of cusps, i.e., reversals of the driving direction of the robot. This optimality condition allows to single out non-optimal solutions with too many cusps. In general, our approach only gives approximations of time-optimal solutions, since only normal regular extremals are considered as solutions to the path planning problem, and the path planning is terminated when an extremal with minimal number of cusps is found. However, for most desired configurations, normal regular extremals with the minimal number of cusps provide time-optimal solutions for the bi-steerable robot. The convergence of the approach is analyzed and its probabilistic completeness is shown. Moreover, simulation results on time-optimal solutions for the bi-steerable robot are presented. / In dieser Dissertation wird die zeitoptimale Steuerung des zweiachsgelenkten Roboters behandelt. Der zweiachsgelenkte Roboter, ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig lenkbaren Achsen, ist ein komplexes nichtholonomes System mit Anwendungen in vielen Bereichen der Land-Robotik. Bahnplanung und optimale Steuerung sind anspruchsvolle Aufgaben für dieses System, da Standardverfahren hierfür nicht anwendbar sind. Das hier betrachtete Modell des zweiachsgelenkten Roboters ist ein reduziertes kinematisches Modell mit der Fahrgeschwindigkeit und den Lenkwinkeln als Eingangsgrößen. Die Lenkwinkel der beiden Achsen können unabhängig voneinander vorgegeben werden. Das reduzierte kinematische Modell ist ein Kontrollsystem mit affinen und nichtaffinen Eingängen, da die Fahrgeschwindigkeit linear in das System eingeht, während die Lenkwinkel nichtlineare Eingangsgrößen sind. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Lösung des zeitoptimalen Steuerungsproblems für den zweiachsgelenkten Roboter vorgestellt. Im Gegensatz zu den meisten Standardmethoden für die zeitoptimale Steuerung basiert unser Ansatz nicht ausschließlich auf Diskretisierung und rein numerischen Verfahren. Stattdessen wird das Pontryagin Maximum Prinzip angewendet, um Kandidaten für zeitoptimale Lösungen zu charakterisieren. Das sich dabei ergebende Randwertproblem wird durch Optimierung gelöst, um Lösungen für das Bahnplanungsproblem über einem bestimmten Zeithorizont zu erhalten. Die Bahnplanung wird über einem abnehmenden Zeithorizont iteriert, um eine zeitoptimale Lösung zu approximieren. Eine Optimalitätsbedingung wird eingeführt, die von der Anzahl der Richtungsumkehrungen des Roboters abhängt. Diese Optimalitätsbedingung erlaubt es, nichtoptimale Lösungen mit zu vielen Richtungsumkehrungen auszusondern. Im Allgemeinen liefert unser Ansatz nur Approximationen zeitoptimaler Lösungen, da nur normale reguläre Extremalen als Lösungen für das Bahnplanungsproblem betrachtet werden und die Bahnplanung beendet wird, sobald eine Extremale mit der minimalen Anzahl von Richtungsumkehrungen gefunden wurde. Allerdings ergeben normale reguläre Extremalen mit der minimalen Anzahl von Richtungsumkehrungen für die meisten Zielkonfigurationen des zweiachsgelenkten Roboters zeitoptimale Lösungen. Die Konvergenz des Ansatzes wird untersucht und seine probabilistische Vollständigkeit wird bewiesen. Des Weiteren werden Simulationsergebnisse für zeitoptimale Lösungen des zweiachsgelenkten Roboters präsentiert.

The present dissertation investigates the management of RFID implementations in retail trade. Our work contributes to this by investigating important aspects that have so far received little attention in scientific literature. We therefore perform three studies about three important aspects of managing RFID implementations. We evaluate in our first study customer acceptance of pervasive retail systems using privacy calculus theory. The results of our study reveal the most important aspects a retailer has to consider when implementing pervasive retail systems. In our second study we analyze RFID-enabled robotic inventory taking with the help of a simulation model. The results show that retailers should implement robotic inventory taking if the accuracy rates of the robots are as high as the robots’ manufacturers claim. In our third and last study we evaluate the potentials of RFID data for supporting managerial decision making. We propose three novel methods in order to extract useful information from RFID data and propose a generic information extraction process. Our work is geared towards practitioners who want to improve their RFID-enabled processes and towards scientists conducting RFID-based research. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Management von RFID Implementierungen im Einzelhandel. Dabei leistet die Arbeit einen Beitrag, indem wichtige aber bisher in der wissenschaftlichen Fachliteratur nur wenig beachtete Aspekte beleuchtet werden. Hierfür werden drei Studien zu drei relevanten Managementaspekten durchgeführt. Zunächst wird die Kundenakzeptanz im Bezug auf pervasive Retail Applikationen betrachtet und mithilfe der Privacy Calculus Theorie ermittelt, welche Aspekte für die Kundenakzeptanz pervasiver Systeme besonders relevant sind. In Studie zwei wird eine RFID-gestützte Roboterinvnetur anhand einer Simulationsstudie evaluiert. Die Studie zeigt, dass eine durch Roboter durchgeführte Inventur für einen Einzelhändler zu empfehlen ist, falls die Roboter tatsächlich mit den von den Herstellern beworbenen Erkennungsraten arbeiten. In der dritten und letzten Studie werden die Potenziale von RFID-Daten zur Entscheidungsunterstützung des Managements evaluiert. Es werden drei Methoden vorgestellt um aus RFID-Daten nützliche Informationen zu gewinnen. Abschließend wird ein generisches Vorgehensmodell zur Informationsextraktion entwickelt. Die Arbeit ist sowohl an Praktiker gerichtet, die ihre RFID-basierten Prozesse verbessern möchten, als auch an Wissenschaftler die RFID-basierte Forschung betreiben.

Das automatische Erstellen einer Fahrbahn ist eine wichtige Voraussetzung für verschiedene Anwendungen der Robotik, wie z. B. autonome Fahrzeuge oder fahrerlose Transportsysteme. In dieser Arbeit werden verschiedene bekannte Verfahren der Bahnplanung vorgestellt und miteinander verglichen. Die Berücksichtigung mechanischer Zwangsbedingungen ist dabei ein Schwerpunkt der Betrachtungen. Anschließend wird die konkrete Implementierung eines abtastbasierten Verfahrens beschrieben und der Einfluss verschiedener Parameter auf dessen Funktionalität untersucht. Der Planungsalgorithmus wird außerdem um die Möglichkeit einer dynamischen Umplanung der aktuellen Bahn erweitert. Zahlreiche Simulationen belegen, dass das umgesetzte Verfahren auch komplexe Bahnplanungsprobleme unter verschiedenen Bedingungen in vergleichsweise kurzer Zeit lösen kann. Schwächen zeigen sich vor allem bei sehr engen Manövrierräumen und extrem dynamischen Umgebungen. / Automatic path planning is an important prerequisite for various applications in robotics, such as autonomous vehicles or automatic guided vehicle systems. In this thesis, different approaches for path planning are presented. The methods are compared and evaluated, especially considering their ability to handle differential constraints. Then, the concrete implementation of a sampling-based approach using motion primitives is explained. This algorithm is finally expanded to allow dynamic replanning in reaction of unexpected environmental changes. In numerous simulations, the implemented method proves its ability to solve path planning problems under a variety of conditions in a relatively short amount of time. It is only in extremely narrow spaces and highly dynamic environments when the approach fails to generate a solution.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Darmstadt, Techn. University, Diss.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2004

Zugl.: Bielefeld, Univ., Diss., 2005

Zugl.: Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss.

Zugl.: Berlin, Techn. Univ., Diss., 2006

Univ., Magisterarbeit, 2002--Frankfurt (Main)