Mensch-Roboter-Interaktion

Mensch-Roboter-Interaktion

Die Robotik-Forschung des Instituts hat 2 Schwerpunkte:

  • Telerobotiksysteme und
  • Soziale Robotik

Telerobotiksysteme

Telerobotiksysteme sind gekennzeichnet durch die räumliche Entkopplung von Mensch (Benutzer) und Roboter (Ausführungseinheit, Teleoperator). Sie kommen dann zum Einsatz wenn der Arbeitsraum...

  • zu weit entfernt ist
  • zu klein ist
  • zu gefährlich ist

Aus psychologischer Sicht sind bei diesen speziellen Mensch-Maschine-Schnittstellen folgende Schwerpunkte und deren Auswirkung auf die menschliche Informationsverarbeitung interessant:

  • Auf der Benutzerseite müssen die Eingabegeräte eine möglichst schnelle und fehlerfreie Steuerung des entfernten Roboters ermöglichen.
  • Auf der Teleoperatorseite müssen geeignete Sensoren eingesetzt werden, die dem menschlichen Benutzer die relevanten Informationen über die entfernte Umgebung zurückmelden.
  • Auf der Kommunikationsebene entstehen bei diesen Systemen spezielle Probleme wie beispielsweise Zeitverzögerungen und Verzerrungen durch Datenverluste.


Soziale Robotik

Soziale Robotik beschäftigt sich mit der Erforschung, Anpassung und Optimierung der Interaktion zwischen Mensch und Roboter mit besonderem Augenmerk auf die charakteristischen Eigenschaften und Fähigkeiten des menschlichen Interaktionspartners. Drei Schwerpunkte sind:

  • Erfassung der Intentionen des menschlichen Partners auch ohne direkte Äußerungen des Menschen, auch die Vorhersage solcher Intentionen in der nahen Zukunft, die sich auf die Interaktion auswirken können.
  • Erfassung des emotionalen Zustands des menschlichen Partners soweit er sich auf die Interaktion auswirkt oder in Zukunft auswirken könnte.
  • Erforschung möglicher Unterstützungsmaßnahmen von Seiten des robotischen Interaktionspartners, die geeignet sein können die Kooperation und auch die Befindlichkeit des Menschen zu verbessern.

Laufende Projekte:

FORobotics- Mobile, ad-hoc-kooperierende Roboterteams

Am 1.1.2017 startete der von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderte Forschungsverbund FORobotics. Forschungsgegenstand sind mobile und kooperierende Roboterteams im Kontext der Industrie 4.0.

Das IfA übernimmt für die Dauer des Verbundprojekts die Leitung und wissenschaftliche Bearbeitung des Teilprojekts TP5 Empirische Nutzerevaluation.

Das Teilprojekt beschäftigt sich mit arbeitswissenschaftlichen Aspekten in der Entwicklung von Arbeitsplätzen, an denen menschliche Nutzer mit mobilen kooperativen Robotern zusammenarbeiten. Die Mensch-Roboter-Kooperation wird dabei mittels qualitativer und quantitativer Methoden der psychologischen Evaluationsforschung beleuchtet. Dabei stehen im Nutzerkonzept vor allem Kriterien der Sicherheit, der Produktivität sowie der Nutzerakzeptanz und -zufriedenheit im Vordergrund.

Der Forschungsverbund ist ein Zusammenschluss von 19 Industriepartner und 7 Forschungseinrichtungen.

 

SATOP- Situation Awareness in Teleoperation Systems

Teleoperationssysteme finden in den verschiedensten Bereichen Anwendung, wie z.B. dem On-orbit Servicing von Satelliten, dem Rohstoffabbau in der Tiefsee und der Telechirurgie. Jedoch ist die Aufgabenleistung dieser Mensch-Maschine Systeme häufig stark eingeschränkt. Frühere Forschungsarbeiten zu dem Thema ergaben, dass die Einbindung zusätzlicher akustischer und/oder haptischer Informationen in die Mensch-Maschine Schnittstelle die Aufgabenleistung in einigen Fällen verbessern kann. Jedoch ist bislang unklar, welche perzeptiven und/oder kognitiven Mechanismen des Menschen hier zum Tragen kommen. 

Es ist primäres Ziel des DFG-geförderten Forschungsprojekts SATOP, die Auswirkungen multi-modaler Rückmeldung auf die Aufgabenleistung empirisch zu ermitteln und die Rolle des Situationsbewusstseins in diesem Kontext zu beleuchten. Auf Basis der empirischen Resultate wird eine Taxonomie der multi-modalen Rückmeldung vorgeschlagen, und es werden Richtlinien für die Gestaltung effektiver Mensch-Maschine Schnittstellen für Teleoperationssyteme erstellt.


Abgeschlossene Projekte:

SAFROS (Patient Safety in Robotic Surgery)

Im Rahmen des EU-Projekts SAFROS (Patient Safety in Robotic Surgery) wurde in Kooperation mit dem DLR Oberpfaffenhofen an der Verbesserung der Mensch-Maschine Interaktion bei der robotergestützten minimal-invasiven Chirurgie gearbeitet. In  Evaluationsstudien wurden häufige Fehlerquellen in der Bedienung der technischen Systeme identifiziert und eine möglichst intuitive Auslegung der Mensch-Maschine Schnittstelle erarbeitet.

 

 

SFB 453- Wirklichkeitsnahe Telepräsenz und Teleaktion

Im Rahmen des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs SFB453 "Wirklichkeitsnahe Telepräsenz und Teleaktion" wurden u.a. folgende Projekte bearbeitet:

Wahrnehmung und Integration multimodaler Information in Telepräsenz- und VR-Systemen

Eine multimodale haptische Schnittstelle zur Exploration von Textur, Härte und Temperatur soll aufgebaut und evaluiert werden. Sensorische Integration soll ausgenützt werden, um sensorische Informationen z.B. zu substituieren.

Gestaltung und Evaluation der Mensch-Roboter-Schnittstelle

Für die Mensch-Roboter-Schnittstellen der anderen Teilprojekte des SFB 453 werden Gestaltungskriterien aufgestellt, die eine optimale Leistung bei maximalem Telepräsenzerleben ("Eintauchen in die entfernte Umgebung") gewährleisten sollen. Zur Evaluation der so modifizierten Telerobotiksysteme werden Bewertungsmethoden ausgearbeitet und experimentell eingesetzt.

Transparente Teleinteraktion

In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stehen in diesem Projekt die Evaluation und die Verbesserung der Transparenz der Interaktion zwischen Mensch und haptischen Display im Mittelpunkt. Es werden Verfahren entwickelt und experimentell untersucht, die für den Benutzer zu einer intuitiv verständlichen Bewegungsdarstellung führen. Ein viel versprechender Aufbau stellt in diesem Fall das sog. encounter-type haptische Eingabegerät dar, das entsprechend im Rahmen des Projektes entwickelt und experimentell analysiert wird.

Modellierung multi-modaler haptischer Wahrnehmung

Das Teilprojekt I7 beschäftigt sich mit multimodaler haptischer Rückmeldung in virtueller Umgebung. Ziel ist es, haptische Information, die aus Gründen technischer Machbarkeit nicht direkt wiedergegeben kann, über multiple Sinneskanäle (visuell, auditiv, taktil) darzustellen. Dabei werden die zugrunde liegenden Wahrnehmungsprozesse formal beschrieben, so dass die Ergebnisse nicht nur für Telepräsenzanwendungen, sondern auch für die psychologische Grundlagenforschung relevant sind.

Erhöhte Verkehrssicherheit durch haptische Fahrerassistenzsysteme

In Kooperation mit der AUDI AG soll in diesem Projekt die multisensorielle Erfassung und Klassifizierung des Fahrzeugumfelds zur Steuerung von Fahrerassistenzsystemen durch haptische Reaktionen des Fahrers verbessert werden. Neben Daten aus technischen Sensoren soll der menschliche Fahrer als zusätzliche Informationsquelle genutzt werden, um eine valide und reliable Beurteilung einer möglicherweise unfallkritischen Situation zu gewährleisten. Von Interesse sind dabei haptische Reaktionen des Fahrers in Notsituationen, welche über Druckabnehmer am Lenkrad als Hinweise auf kritische Verkehrssituationen herangezogen werden sollen.

CoTeSys (Cognition for Technical Systems)

Das Insitut für Arbeitswissenschaft war im Excellenz Cluster CoTeSys (Cognition for Technical Systems) tätig. Im Vordergrund standen hier die Erforschung der menschlichen Intentions- und Emotionserkennung und deren Übertragbarkeit auf technische Systeme. Desweiteren wurde im Rahmen dieses Excellenz Clusters an der Gestaltung eines multimodalen Dialog Systems zur intuitiven Interaktion zwischen Menschen und Robotern gearbeitet.