Background: The best technique of radical prostatectomy – open retropubic versus robot-assisted surgery – is a subject of controversy. Patients and Methods: Between January 1st, 2007 and December 31st, 2011, 2,177 men underwent radical prostatectomy at our department. 252 (12%) cases were laparoscopic robot-assisted, the remainder open retropubic procedures. In Germany, certified prostate cancer centers are required to collect urinary tract-related outcome data after radical prostatectomy using the International Consultation of Incontinence Questionnaire Male Lower Urinary Tract Symptoms. The questionnaire data were used to compare both surgical approaches concerning the urinary tractrelated outcome 1, 2 and 3 years postoperatively. Results: Neither the voiding score nor the incontinence score or the bother scale sum differed between the two cohorts at any of the measurement times. Conclusions: Concerning continence recovery, in this series, there were no detectable differences between robot-assisted and open radical prostatectomy.

Im Rahmen des DFG-Graduiertenkollegs „CrossWorlds“ (http://www.crossworlds.info) wird im Teilbereich Kommunikation ein autonomer mobiler Roboter aufgebaut. Das Anwendungsszenario ist das Industriemuseum Chemnitz. Mithilfe von technischen Mitteln werden die Exponate des Industriemuseums durch die Informationen und Darstellungen der virtuellen Welt erweitert. Der Roboter CLUES (Cross worLds autonomoUs mobilE robot hoSt) tritt dabei als Mittler zwischen der realen Museumswelt und virtuellen Informationswelt auf. Er bietet den Besuchern die Möglichkeit zur Interaktion mit den bereitgestellten Inhalten und nimmt gleichzeitig als Gastgeber des Museums die Besucher wahr. Dieser erste Bericht beinhaltet die Grundidee des Projektes und die Hardwareausrüstung. Er schildert die Auswahl und Abstimmung der eingesetzten technischen Geräte. Mit Blick auf das Anwendungsszenario und die technischen Möglichkeiten werden die auftretenden Probleme und Lösungen diskutiert.

Service robots need to be aware of persons in their vicinity in order to interact with them. People tracking enables the robot to perceive persons by fusing the information of several sensors. Most robots rely on laser range scanners and RGB cameras for this task. The thesis focuses on the detection and tracking of heads. This allows the robot to establish eye contact, which makes interactions feel more natural. Developing a fast and reliable pose-invariant head detector is challenging. The head detector that is proposed in this thesis works well on frontal heads, but is not fully pose-invariant. This thesis further explores adaptive tracking to keep track of heads that do not face the robot. Finally, head detector and adaptive tracker are combined within a new people tracking framework and experiments show its effectiveness compared to a state-of-the-art system.

In dieser Arbeit werden die Methoden zur Modellierung, Identifikation, Regelung und Reibungskompensation von DLR-Medizinrobotern mit elastischen und differentiell getriebenen Gelenken vorgestellt. In der Praxis zeigt sich, dass bei den DLR-Medizinrobotern sowohl die Gelenkelastizität als auch die Gelenkverkopplung innerhalb des Doppelgelenks in der Modellierung und Regelung berücksichtigt werden muss. Daher ist es das Hauptziel dieser Arbeit, eine Regelungsstruktur zu entwickeln, die das gewünschte Folge- und Einschwingverhalten erreicht. Zur Regelung wird mit Hilfe der modalen Entkopplung ein MIMO – Zustandsregler für die Doppelgelenkstruktur eingeführt, der auf der Rückführung der antriebsseitigen Positionen und abtriebsseitigen Drehmomente sowie deren Ableitungen basiert. Für die medizinischen Anwendungen spielt die Positionsgenauigkeit, die durch die hohe Reibung stark beeinflusst wird, eine entscheidende Rolle. Um die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern, wird ein Reibungsbeobachter entwickelt, der eine passive Reibungskompensation ermöglicht. Da der Reibungsbeobachter nur den Momentenfehler, nicht aber den Positionsfehler integriert, wird diese Kompensation außer zur Positionsregelung auch zur Verbesserung der Qualität der Drehmoment- und Impedanzregelung eingesetzt. Für die gesamte Regelungsstruktur aus Zustandsregler und Reibungsbeobachter wird global asymptotische Stabilität des gesamten nichtlinearen Roboters nachgewiesen. Diese Regelungsstruktur wird derzeit in zahlreichen Anwendungen mit den DLR-Medizinrobotern benutzt und validiert.

In dieser Veröffentlichung soll untersucht werden, ob vorhandene Methoden aus dem Bereich der sozio-technischen Systeme (STS) genutzt werden können, um Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) hinsichtlich ihrer Ergonomie zu optimieren. [... aus der Einleitung]

Biped robots with serial links driven by an electric motor experience problems because the motor and transmission are installed in each joint, causing the legs to become very heavy. Previous solutions involved robots using servo valves, a type of highly responsive proportional valve. However, high supply pressure is necessary to realize high responsiveness and the resulting energy losses are large. To address this problem, we proposed a hydraulic direct-drive system in which the pump controls the cylinder meter-in flow, while a proportional valve controls the meter-out flow. Furthermore, our hydraulic interlocking drive system connects two hydraulic direct-drive systems for biped humanoid robots and concentrates the pump output on one side cylinder. The meter-in flow rate of the other side cylinder is controlled by the meter-out flow rate of the cylinder on which the pump is concentrated. A comparison of the walking simulation performance with that of the conventional independent system shows that our proposed system reduces the motor output power by 24.3%. These results prove the feasibility of constructing a two-legged robot without having to incorporate highly responsive servo valves.

Animals exploit soft structures to move smoothly and effectively in complex natural environments. These capabilities have inspired robotic engineers to incorporate soft actuating technologies into their designs. Developing soft muscle-like actuation technology is one of the grand challenges in the creation of soft-body robots that can move, deform their body, and modulate body stiffness. This paper presents the development of smart pneumatic McKibben muscles woven and reinforced by using conductive insulated wires to equip the muscles with an inherent sensing capability, in which the deformation of the muscles can be effectively measured by calculating the change of wire inductance. Sensing performance of a variety of weaving angles is investigated. The ideal McKibben muscle models are used for analysing muscle performance and sensing accuracy. The experimental results show that the contraction of the muscles is proportional to the measured change of inductance. This relationship is applied to a PID control system to control the contraction of smart muscles in simulation, and good control performance is achieved. The creation of smart muscles with an inherent sensing capability and a good controllability is promising for operation of future soft robots.

Recently, mobile robots with visual perception working in dynamic environments have been extensively investigated because this method of perception offers a large amount of environmental information. Optical flow perception is an important class of visual perception because it offers powerful perception methods and it offers both egomotion and structure from motion estimation. Especially advantageous is the fact that optical flow perception does not require a priori knowledge of the working environment and can work with minimum hardware, i.e. a mono-camera as the main navigation sensor. In this thesis, a new approach of optical flow-based perception through qualitative interpretations is developed. Compared to the classical metric approaches for optical flow perception, this approach uses much simpler arithmetic and requires less computation time because of the use of qualitative optical flow interpretations. The qualitative optical flow interpretations provide mobile robots with visual perception a more detailed image of their 3D working environment, e.g. obstacle positions and indoor object types. By using fuzzy logic for the interpretations, the optical flow perception becomes simple and intelligent in a bioinspired manner and moreover gains robustness under noisy conditions in the working environment. On the other hand, this thesis develops a generic modular structure of a behavior-based control system with three clearly separate modules for perception, motion control, and path planning. These modules are connected by simple IO interfaces. The system concept is independent of the specific type of perception. The designed behaviors are functionally classified into two separated modules, concerning collision-free motion control and goal oriented path planning. The hierarchical organization of these behaviors makes the operation of the control system more efficient and enables an easy adjustment of behaviors. Some of the behaviors use fuzzy logic concepts, which result in flexible and smooth robotic motion. Furthermore a new scheme for topological path planning in combination with fuzzy-based behaviors is developed for the goal-oriented navigation of a mobile robot. This combination allows a mobile robot to perform topological path planning in a real environment without metric information regarding its global and local positions. This enables an easy adjustment of topological path planning for different sensor perceptions or landmarks by just changing the topological map data. The performance of the optical flow-based perception embedded in the behavior-based control system with the topological path planning has been successfully tested through experiments in a real environment under most realistic conditions including relevant noise effects, e.g. unfavorable lightning conditions, non-standard objects, image processing limitations, image noise, etc. / Heutzutage werden mobile Roboter zunehmend mit Kameras ausgestattet, da diese eine Vielzahl von Informationen über die Umgebung bereitstellen. Die Perzeption mit Hilfe des optischen Flusses ist eine wichtige Methode der Bildverarbeitung, da sie eine leistungsfähige Umgebungserfassung und die Nachahmung biologisch-inspirierter Prozesse erlaubt. Dabei können sowohl Informationen zur Eigenbewegung als auch Daten über die Struktur der Umgebung gewonnen werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei einerseits die Tatsache, dass keinerlei a-priori-Informationen über die Umwelt benötigt werden und anderseits die geringen Hardwareansprüche von Kamerasystemen. So kann beispielsweise eine einfache Monokamera als Hauptsensor zur Navigation für den mobilen Roboter verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuer Ansatz zur optischen Fluss basierten Perzeption mittels qualitativer Interpretation entwickelt. Verglichen mit klassischen metrischen Methoden, arbeitet der vorgestellte Ansatz dabei mit einer simpleren Arithmetik und benötigt weniger Rechenzeit. Die qualitative Verarbeitung des optischen Flusses bietet dem Roboter ein detaillierteres Bild der dreidimensionalen Arbeitsumgebung. So können beispielsweise Hindernispositionen ermittelt und Objekttypen im Innenraum erfasst werden. Durch die Verwendung von Fuzzy-Logik bei der Interpretation der visuellen Information gestaltet sich die Umgebungserfassung mit Hilfe des optischen Flusses sehr einfach und erlaubt eine bioinspirierte intelligente Entscheidungsfindung, die auch robust gegenüber realen gestörten Umgebungsbedingungen ist. Weiterhin wird in der vorliegenden Arbeit eine generische modulare Struktur für eine verhaltensbasierte Steuerung mit drei klar getrennten Modulen für Perzeption, Bewegungssteuerung und Pfadplanung vorgestellt. Diese Module werden über einfache Schnittstellen miteinander verbunden. Dadurch ist das entstandene System auch auf andere Perzeptionsmethoden mobiler Roboter anwendbar. Die realisierten Verhaltensmuster werden dabei funktionsorientiert in zwei Module eingeordnet: Ein Modul sichert hierbei die kollisionsfreie Bewegungssteuerung, ein weiteres realisiert die zielorientierte Pfadplanung. Die hierarchische Organisation dieser Verhaltensmuster ermöglicht ein effizientes und einfaches Vorgehen bei der Modifikation der hinterlegten Eigenschaften. Dabei nutzen manche dieser Verhaltensmuster wiederum Konzepte der Fuzzy-Logik, um die Roboterbewegung so flexibel und leichtgängig zu realisieren, wie es bei biologischen Systemen der Fall ist. Für die zielorientierte Navigation eines mobilen Roboters wurde in einem dritten Schwerpunkt eine neue Methode für die topologische Pfadplanung in Kombination mit Fuzzy-Logik-basierten Verhalten entwickelt. Diese Kombination ermöglicht dem Roboter die topologische Pfadplanung in einer realen Umgebung ohne jegliche Verwendung von metrischen Informationen in Bezug auf seine Position und Orientierung. Dadurch kann die Pfadplanung durch einfache Modifikationen der topologischen Kartendaten für verschiedene Perzeptionssensoren oder Landmarkenrepräsentationen angepasst werden. Die Leistungsfähigkeit der Perzeption mittels des optischen Flusses innerhalb der verhaltensbasierten Steuerung zusammen mit der topologischen Pfadplanung wird anhand von Experimenten mit einem mobilen Roboter in einer realen Umgebung gezeigt. Dabei werden auch unterschiedlichste Bedingungen, wie sich ändernden Lichtverhältnissen, unbekannten Objekten, Einschränkungen bei der Bildverarbeitung sowie Bildrauschen berücksichtigt.

Die motorischen Fähigkeiten humanoider Roboter werden häufig von antriebsbedingten Nichtlinearitäten und Reibungseffekten negativ beeinflusst. Zur deren Kompensation werden üblicherweise modellbasierte Regelkreise genutzt, die i.d.R. von einer hochfrequenten Signalverarbeitung und mehreren Sensorqualitäten abhängen. Entgegen solch modellbasierten Techniken werden in der vorliegenden Arbeit modellfreie Steuerungsmethoden auf Basis parallel gekoppelter Antriebe entwickelt. Zur Entwicklung und Untersuchung dieser Steuerungsmethoden wird nach der von Pfeifer in seinem Werk “How the body shapes the way we think” beschriebenen synthetischen Methodik vorgegangen. Entgegen modellbasierten Untersuchungen auf Basis von Simulationen stehen bei der synthetischen Methodik empirische Untersuchungen am realen System im Vordergrund. Als Ausgangspunkt dienen konventionelle elektromechanische Antriebe mit deren bekannten leistungseinschränkenden Nichtlinearitäten und Reibungseffekten. Durch die parallele Kopplung mehrerer Antriebe an einem einzelnen Gelenk wird das Spektrum der Steuerungsmöglichkeiten deutlich erweitert. Es zeigt sich, dass (1) durch eine konstante antagonistische Vorspannung das Arbeitsverhalten von konventionellen Proportionalreglern optimiert werden kann, (2) durch dynamische asymmetrische Änderung der Vorspannung Nichtlinearitäten bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgeglichen werden können und (3) getriebebedingte Reibungseffekte mit einer phasenverschobenen Pulsmodulation der Steuersignale kompensiert werden können. Weiterhin wird gezeigt, wie die erarbeiteten Steuerungsmethoden auf beliebig viele parallel gekoppelte Antriebe übertragen werden können. Für den praktischen Einsatz der Steuerungsmethoden werden diese in einer hybriden Steuerung zusammengeführt. Diese wird durch eine weitere Funktion, den Energiesparmodus beim Halten statischer Positionen, ergänzt und am humanoiden Roboter Myon implementiert und experimentell evaluiert. / Motor functions of humanoid robots are often negatively influenced by nonlinearities and friction effects of the actuators. The popular means of compensation are control circuits based on modelling, which rely on powerful HF Signal processing and various sensor qualities. In contrast, this thesis develops non-modelling control methods based on parallel coupled actuators. Development and exploration of these control methods follow Pfeifer’s synthetic methodology as described in his work “How the body shapes the way we think”. In contrast to the analysis based on emulation as used in modelling, the synthetic methodology focuses rather on empirical tests within the real system. The present work explores control methods for parallel coupled actuators for use in robot points. It starts from conventional electromechanical actuators with their known power limiting nonlinearities and frictional effects. Linking several parallel coupled actuators to a single joint significantly expands the spectrum of control capabilities. Using two parallel coupled actuators as an example, it is examined to which extent undesirable properties of single actuators can be compensated. The results show that (1) the Performance of conventional proportional controllers can be optimized by a constant antagonistic bias voltage, (2) nonlinearities at low velocities can be balanced out by a dynamic asymmetrical adjustment of the bias, and that (3) gear related frictional effects can be compensated by a phase shifted pulse modulation of the control signals. In addition, it is shown how the developed control methods can be applied to a random number of parallel coupled actuators. For practical use, the various control methods are combined in a hybrid control, which is supplemented by an energy saving mode when maintaining static positions. The hybrid control is being implemented into the humanoid robot Myon and evaluated by experiment.

SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) has been a very active and almost ubiquitous problem in the field of mobile and autonomous robotics for over two decades. For many years, filter-based methods have dominated the SLAM literature, but a change of paradigms could be observed recently. Current state of the art solutions of the SLAM problem are based on efficient sparse least squares optimization techniques. However, it is commonly known that least squares methods are by default not robust against outliers. In SLAM, such outliers arise mostly from data association errors like false positive loop closures. Since the optimizers in current SLAM systems are not robust against outliers, they have to rely heavily on certain preprocessing steps to prevent or reject all data association errors. Especially false positive loop closures will lead to catastrophically wrong solutions with current solvers. The problem is commonly accepted in the literature, but no concise solution has been proposed so far. The main focus of this work is to develop a novel formulation of the optimization-based SLAM problem that is robust against such outliers. The developed approach allows the back-end part of the SLAM system to change parts of the topological structure of the problem\'s factor graph representation during the optimization process. The back-end can thereby discard individual constraints and converge towards correct solutions even in the presence of many false positive loop closures. This largely increases the overall robustness of the SLAM system and closes a gap between the sensor-driven front-end and the back-end optimizers. The approach is evaluated on both large scale synthetic and real-world datasets. This work furthermore shows that the developed approach is versatile and can be applied beyond SLAM, in other domains where least squares optimization problems are solved and outliers have to be expected. This is successfully demonstrated in the domain of GPS-based vehicle localization in urban areas where multipath satellite observations often impede high-precision position estimates.