The localization of autonomous ground vehicles in dense urban environments poses a challenge. Applications in classical outdoor robotics rely on the availability of GPS systems in order to estimate the position. However, the presence of complex building structures in dense urban environments hampers a reliable localization based on GPS. Alternative approaches have to be applied In order to tackle this problem. This thesis proposes an approach which combines observations of a single perspective camera and odometry in a probabilistic framework. In particular, the localization in the space of appearance is addressed. First, a topological map of reference places in the environment is built. Each reference place is associated with a set of visual features. A feature selection is carried out in order to obtain distinctive reference places. The topological map is extended to a hybrid representation by the use of metric information from Geographic Information Systems (GIS) and satellite images. The localization is solved in terms of the recognition of reference places. A particle lter implementation incorporating this and the vehicle's odometry is presented. The proposed system is evaluated based on multiple experiments in exemplary urban environments characterized by high building structures and a multitude of dynamic objects.

The navigation tasks in advanced home robotic applications incorporating reliable revisiting strategies are dependent on very low cost but nevertheless rather accurate localization systems. In this paper a localization system based on the principle of trilateration is described. The proposed system uses only a single small base station, but achieves accuracies comparable to systems using spread beacons and it performs sufficiently for map building. Thus it is a standalone system and needs no odometry or other auxiliary sensors. Furthermore a new approach for the problem of the reliably detection of areas without direct line of sight is presented. The described system is very low cost and it is designed for use in indoor service robotics. The paper gives an overview on the system concept and special design solutions and proves the possible performances with experimental results.

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 der vorliegenden Arbeit wird die flexible Steuerungsarchitektur Apeca für Systeme der Robotik sowie der robotergestützten Fertigungstechnik vorgestellt. Dafür werden verschiedene Anforderungen identifiziert und innerhalb eines Entwurfs vereint. Ein Hauptaugenmerk des dabei entstandenen Konzeptes ist es, einen vereinfachten Engineeringprozess für den Steuerungsentwurf zu ermöglichen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven ermöglicht, die in Form atomarer Systemverhalten in einer speziellen Modulhierarchie eingesetzt werden. Hierzu erfolgt innerhalb der Steuerungsarchitektur eine Trennung zwischen einem funktionsorientierten verhaltensbasierten Modell zur hierarchischen sowie funktionell parallelen Ausführung von Aktionsprimitiven und einem ablauforientierten Modell zur aufgabenabhängigen Aktivierung derselben. Mit Hilfe eines Nutzerkonzepts werden diese Modelle verschiedenen Anwendern zugeordnet. Die objektorientierte Realisierung dieses Entwurfs ermöglicht die Verwendung und Synchronisation von mehreren Teilsystemen innerhalb einer Steuerung. In der Arbeit wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische Implementierung vorgestellt. Abschließend werden die Ergebnisse anhand verschiedener Demonstrationsszenarien präsentiert. / In this present work, the Apeca framework, a flexible control architecture for robotic systems, is introduced. The conceptual design combines different requirements identified in miscellaneous robotic control approaches. The main focus of the resulting concept is on a simplified engineering process for the controller design. This approach is supported by the use of atomic system behaviors, the so called action primitives, in a special module hierarchy. For this purpose a distinction between a functional behavior based system model with hierarchically and also parallelly executed action primitives and a sequential control system model with a task-dependent activation of the primitives is proposed. These models are assigned to different users through a distinct user concept. An object-oriented implementation of the proposed architecture allows the utilization and synchronisation of multiple (sub-)systems within one framework. In this work the proposed framework will be discussed, a prototypical implementation will be presented and results based on different experimental scenarios will be shown.

Der vorliegende Beitrag stellt einen Entwurf für eine flexible und robuste Steuerungsarchitektur für Roboter- und Fertigungssysteme vor. Dabei wurde versucht ein offenes Konzept zu realisieren, welches einen vereinfachten Engineeringprozess ermöglicht. Hierzu wird innerhalb der Steuerung eine Trennung zwischen einem funktionellen verhaltensbasierten und einem ablauforientierten Modell vorgeschlagen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven innerhalb einer hybriden Robotersteuerung ermöglicht. Diese garantieren durch ihre ausgeprägte Modularität eine hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit des entstandenen Systems. Im Beitrag wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische objektorientierte Implementierung vorgestellt sowie erste Ergebnisse präsentiert. / This paper presents a framework for a flexible and robust control architecture for robotic systems. The design incorporates an application independent system concept which allows a simplified engineering process. For this purpose a distinction between a functional behavioural and a sequential control system model is proposed. This approach is based on the utilisation of action primitives within a hybrid control architecture. The use of these primitives affords a high level of modularity through increasing flexibility and expandability of the resulting system. In this paper the proposed framework will be discussed as well as a prototypical object-oriented implementation and first results.