@phdthesis{Driewer2008,
  author    = {Driewer, Frauke},
  title     = {Teleoperation Interfaces in Human-Robot Teams},
  isbn      = {978-3-923959-57-0},
  doi       = {10.25972/OPUS-2955},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36351},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Verbesserung von Mensch-Roboter Interaktion in Mensch-Roboter Teams f{\"u}r Teleoperation Szenarien, wie z.B. robotergest{\"u}tzte Feuerwehreins{\"a}tze. Hierbei wird ein Konzept und eine Architektur f{\"u}r ein System zur Unterst{\"u}tzung von Teleoperation von Mensch-Roboter Teams vorgestellt. Die Anforderungen an Informationsaustausch und -verarbeitung, insbesondere f{\"u}r die Anwendung Rettungseinsatz, werden ausgearbeitet. Weiterhin wird das Design der Benutzerschnittstellen f{\"u}r Mensch-Roboter Teams dargestellt und Prinzipien f{\"u}r Teleoperation-Systeme und Benutzerschnittstellen erarbeitet. Alle Studien und Ans{\"a}tze werden in einem Prototypen-System implementiert und in verschiedenen Benutzertests abgesichert. Erweiterungsm{\"o}glichkeiten zum Einbinden von 3D Sensordaten und die Darstellung auf Stereovisualisierungssystemen werden gezeigt.},
  subject      = {Robotik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hess2009,
  author    = {Hess, Martin},
  title     = {Motion coordination and control in systems of nonholonomic autonomous vehicles},
  isbn      = {978-3-923959-55-6},
  doi       = {10.25972/OPUS-3794},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-46442},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {This work focuses on coordination methods and the control of motion in groups of nonholonomic wheeled mobile robots, in particular of the car-like type. These kind of vehicles are particularly restricted in their mobility. In the main part of this work the two problems of formation motion coordination and of rendezvous in distributed multi-vehicle systems are considered. We introduce several enhancements to an existing motion planning approach for formations of nonholonomic mobile robots. Compared to the original method, the extended approach is able to handle time-varying reference speeds as well as adjustments of the formation's shape during reference trajectory segments with continuously differentiable curvature. Additionally, undesired discontinuities in the speed and steering profiles of the vehicles are avoided. Further, the scenario of snow shoveling on an airfield by utilizing multiple formations of autonomous snowplows is discussed. We propose solutions to the subproblems of motion planning for the formations and tracking control for the individual vehicles. While all situations that might occur have been tested in a simulation environment, we also verified the developed tracking controller in real robot hardware experiments. The task of the rendezvous problem in groups of car-like robots is to drive all vehicles to a common position by means of decentralized control laws. Typically there exists no direct interaction link between all of the vehicles. In this work we present decentralized rendezvous control laws for vehicles with free and with bounded steering. The convergence properties of the approaches are analyzed by utilizing Lyapunov based techniques. Furthermore, they are evaluated within various simulation experiments, while the bounded steering case is also verified within laboratory hardware experiments. Finally we introduce a modification to the bounded steering system that increases the convergence speed at the expense of a higher traveled distance of the vehicles.},
  subject      = {Robotik},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Karch2002,
  author    = {Karch, Oliver},
  title     = {Where am I? - Indoor localization based on range measurements},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-8442},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2002},
  abstract  = {Nowadays, robotics plays an important role in increasing fields of application. There exist many environments or situations where mobile robots instead of human beings are used, since the tasks are too hazardous, uncomfortable, repetitive, or costly for humans to perform. The autonomy and the mobility of the robot are often essential for a good solution of these problems. Thus, such a robot should at least be able to answer the question "Where am I?". This thesis investigates the problem of self-localizing a robot in an indoor environment using range measurements. That is, a robot equipped with a range sensor wakes up inside a building and has to determine its position using only its sensor data and a map of its environment. We examine this problem from an idealizing point of view (reducing it into a pure geometric one) and further investigate a method of Guibas, Motwani, and Raghavan from the field of computational geometry to solving it. Here, so-called visibility skeletons, which can be seen as coarsened representations of visibility polygons, play a decisive role. In the major part of this thesis we analyze the structures and the occurring complexities in the framework of this scheme. It turns out that the main source of complication are so-called overlapping embeddings of skeletons into the map polygon, for which we derive some restrictive visibility constraints. Based on these results we are able to improve one of the occurring complexity bounds in the sense that we can formulate it with respect to the number of reflex vertices instead of the total number of map vertices. This also affects the worst-case bound on the preprocessing complexity of the method. The second part of this thesis compares the previous idealizing assumptions with the properties of real-world environments and discusses the occurring problems. In order to circumvent these problems, we use the concept of distance functions, which model the resemblance between the sensor data and the map, and appropriately adapt the above method to the needs of realistic scenarios. In particular, we introduce a distance function, namely the polar coordinate metric, which seems to be well suited to the localization problem. Finally, we present the RoLoPro software where most of the discussed algorithms are implemented (including the polar coordinate metric).},
  subject      = {Autonomer Roboter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Saska2009,
  author    = {Saska, Martin},
  title     = {Trajectory planning and optimal control for formations of autonomous robots},
  isbn      = {978-3-923959-56-3},
  doi       = {10.25972/OPUS-4622},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53175},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {In this thesis, we present novel approaches for formation driving of nonholonomic robots and optimal trajectory planning to reach a target region. The methods consider a static known map of the environment as well as unknown and dynamic obstacles detected by sensors of the formation. The algorithms are based on leader following techniques, where the formation of car-like robots is maintained in a shape determined by curvilinear coordinates. Beyond this, the general methods of formation driving are specialized and extended for an application of airport snow shoveling. Detailed descriptions of the algorithms complemented by relevant stability and convergence studies will be provided in the following chapters. Furthermore, discussions of the applicability will be verified by various simulations in existing robotic environments and also by a hardware experiment.},
  subject      = {Autonomer Roboter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Sauer2010,
  author    = {Sauer, Markus},
  title     = {Mixed-Reality for Enhanced Robot Teleoperation},
  isbn      = {978-3-923959-67-9},
  doi       = {10.25972/OPUS-4666},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-55083},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {In den letzten Jahren ist die Forschung in der Robotik soweit fortgeschritten, dass die Mensch-Maschine Schnittstelle zunehmend die kritischste Komponente f{\"u}r eine hohe Gesamtperformanz von Systemen zur Navigation und Koordination von Robotern wird. In dieser Dissertation wird untersucht wie Mixed-Reality Technologien f{\"u}r Nutzerschnittstellen genutzt werden k{\"o}nnen, um diese Gesamtperformanz zu erh{\"o}hen. Hierzu werden Konzepte und Technologien entwickelt, die durch Evaluierung mit Nutzertest ein optimiertes und anwenderbezogenes Design von Mixed-Reality Nutzerschnittstellen erm{\"o}glichen. Er werden somit sowohl die technische Anforderungen als auch die menschlichen Faktoren f{\"u}r ein konsistentes Systemdesign ber{\"u}cksichtigt. Nach einer detaillierten Problemanalyse und der Erstellung eines Systemmodels, das den Menschen als Schl{\"u}sselkomponente mit einbezieht, wird zun{\"a}chst die Anwendung der neuartigen 3D-Time-of-Flight Kamera zur Navigation von Robotern, aber auch f{\"u}r den Einsatz in Mixed-Reality Schnittstellen analysiert und optimiert. Weiterhin wird gezeigt, wie sich der Netzwerkverkehr des Videostroms als wichtigstes Informationselement der meisten Nutzerschnittstellen f{\"u}r die Navigationsaufgabe auf der Netzwerk Applikationsebene in typischen Multi-Roboter Netzwerken mit dynamischen Topologien und Lastsituation optimieren l{\"a}sst. Hierdurch ist es m{\"o}glich in sonst in sonst typischen Ausfallszenarien den Videostrom zu erhalten und die Bildrate zu stabilisieren. Diese fortgeschrittenen Technologien werden dann auch dem entwickelten Konzept der generischen 3D Mixed Reality Schnittselle eingesetzt. Dieses Konzept erm{\"o}glicht eine integrierte 3D Darstellung der verf{\"u}gbaren Information, so dass r{\"a}umliche Beziehungen von Informationen aufrechterhalten werden und somit die Anzahl der mentalen Transformationen beim menschlichen Bediener reduziert wird. Gleichzeitig werden durch diesen Ansatz auch immersive Stereo Anzeigetechnologien unterst{\"u}tzt, welche zus{\"a}tzlich das r{\"a}umliche Verst{\"a}ndnis der entfernten Situation f{\"o}rdern. Die in der Dissertation vorgestellten und evaluierten Ans{\"a}tze nutzen auch die Tatsache, dass sich eine lokale Autonomie von Robotern heute sehr robust realisieren l{\"a}sst. Dies wird zum Beispiel zur Realisierung eines Assistenzsystems mit variabler Autonomie eingesetzt. Hierbei erh{\"a}lt der Fernbediener {\"u}ber eine Kraftr{\"u}ckkopplung kombiniert mit einer integrierten Augmented Reality Schnittstelle, einen Eindruck {\"u}ber die Situation am entfernten Arbeitsbereich, aber auch {\"u}ber die aktuelle Navigationsintention des Roboters. Die durchgef{\"u}hrten Nutzertests belegen die signifikante Steigerung der Navigationsperformanz durch den entwickelten Ansatz. Die robuste lokale Autonomie erm{\"o}glicht auch den in der Dissertation eingef{\"u}hrten Ansatz der pr{\"a}diktiven Mixed-Reality Schnittstelle. Die durch diesen Ansatz entkoppelte Regelschleife {\"u}ber den Menschen erm{\"o}glicht es die Sichtbarkeit von unvermeidbaren Systemverz{\"o}gerungen signifikant zu reduzieren. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnen durch diesen Ansatz beide f{\"u}r die Navigation hilfreichen Blickwinkel in einer 3D-Nutzerschnittstelle kombiniert werden - der exozentrische Blickwinkel und der egozentrische Blickwinkel als Augmented Reality Sicht.},
  subject      = {Mobiler Roboter},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schaefer2003,
  author    = {Sch{\"a}fer, Dirk},
  title     = {Globale Selbstlokalisation autonomer mobiler Roboter - Ein Schl{\"u}sselproblem der Service-Robotik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7601},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die Dissertation behandelt die Problemstellung der globalen Selbstlokalisation autonomer mobiler Roboter, welche folgendermaßen beschrieben werden kann: Ein mobiler Roboter, eingesetzt in einem Geb{\"a}ude, kann unter Umst{\"a}nden das Wissen {\"u}ber seinen Standort verlieren. Man geht nun davon aus, dass dem Roboter eine Geb{\"a}udekarte als Modell zur Verf{\"u}gung steht. Mit Hilfe eines Laser-Entfernungsmessers kann das mobile Ger{\"a}t neue Informationen aufnehmen und damit bei korrekter Zuordnung zur Modellkarte geeignete hypothetische Standorte ermitteln. In der Regel werden diese Positionen aber mehrdeutig sein. Indem sich der Roboter intelligent in seiner Einsatzumgebung bewegt, kann er die urspr{\"u}nglichen Sensordaten verifizieren und ermittelt im besten Fall seine tats{\"a}chliche Position.F{\"u}r diese Problemstellung wird ein neuer L{\"o}sungsansatz in Theorie und Praxis pr{\"a}sentiert, welcher die jeweils aktuelle lokale Karte und damit alle Sensordaten mittels feature-basierter Matchingverfahren auf das Modell der Umgebung abbildet. Ein Explorationsalgorithmus bewegt den Roboter w{\"a}hrend der Bewegungsphase autonom zu Sensorpunkten, welche neue Informationen bereitstellen. W{\"a}hrend der Bewegungsphase werden dabei die bisherigen hypothetischen Positionen best{\"a}rkt oder geschw{\"a}cht, sodaß nach kurzer Zeit eine dominante Position, die tats{\"a}chliche Roboterposition,{\"u}brigbleibt.},
  subject      = {Mobiler Roboter},
  language  = {de}
}