Dipl.-Inf. Jens Hegenberg

Dieser Beitrag beschreibt anhand eines konkreten Anwendungsfalls aus dem Bereich der Robotik, wie die Fähigkeiten des Menschen bei der Gestaltung einer Head-Mounted-Display-basierten Mensch-Roboter-Schnittstelle technisch umgesetzt werden können. Den inhaltlichen Rahmen bildet das Forschungsprojekt RoboGasInspector, dessen Ziel es ist, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit mobilen und mit Gasfernmesstechnik ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln und zu evaluieren, welches die Detektion und Ortung von Gaslecks in räumlich ausgedehnten technischen Anlagen weitgehend autonom bewältigt. Nach aktuellem Stand von Forschung und Entwicklung kann ein technisches System insbesondere in dynamischen Umgebungen nicht absolut fehlerfrei und ausfallsicher realisiert werden. Aus Gründen der Akzeptanz und der Anlagensicherheit ist deshalb eine Überwachung der mobilen Roboter erforderlich, die sich teilautonom durch die Anlage bewegen. Das Systemkonzept sieht eine zentrale Leitwarte mit zwei Benutzungsschnittstellen vor. Die eine Schnittstelle dient der Planung, Überwachung und Dokumentation der autonomen Funktion des Systems und die andere der Teleoperation des Roboters durch einen menschlichen Operator. Die Teleoperation soll menschliche Fähigkeiten synergetisch in das weitgehend automatisierte System integrieren und wird eingesetzt, falls der Mensch in der Lage ist, bei der Bearbeitung einer Aufgabe bessere Ergebnisse zu erzielen. Zur Unterstützung der Teleoperation wird ein Assistenzsystem eingesetzt, das dem Operator die visuellen Informationen liefert, die er benötigt um bei der Steuerung des Roboters am entfernten Einsatzort sein Situationsbewusstsein aufrechtzuerhalten. Das Assistenzsystem besteht aus einem Head-Mounted Display zur Ausgabe augmentierter Videobilder, die von einem Stereokamerasystem auf dem Roboter aufgezeichnet werden. Die Gestaltung der Teleoperationsunterstützung zielt darauf ab, dem Nutzer das Gefühl zu vermitteln mit den eigenen Augen aus der Perspektive des Roboters zu sehen bzw. im Sinne einer Telepräsenz selber vor Ort zu sein. Dazu wird bei der technischen Umsetzung von den menschlichen Fähigkeiten ausgegangen. Analogien zwischen technischen Parametern und quantitativen Maßen menschlicher Fähigkeiten werden genutzt, in dem die Parameter den zugehörigen Maßen angenähert werden. Eine Auswahl dieser Analogien wird in diesem Beitrag wiedergegeben und die Nachempfindung der menschlichen Wahrnehmung und Motorik durch Gegenüberstellung quantitativer Wertpaare beurteilt.

High technical know-how is needed to automate a manually conducted task. During the system design process the main focus is usually put on the engineering part, but the involvement of users, their knowledge, workflow, and mental models are rarely considered. The resulting technical system is fully functional, but insufficiently accepted by the users. As an example of user involvement in requirements analysis, we present a conceptual design of a system with autonomous mobile robots for inspection of gas pipes in large technical plants. In addition to user observation and task analysis, a questionnaire for elicitation of user requirements has been developed. The questionnaire inquires the operators’ knowledge and flow of work during the inspection planning and conducting, the impact of environmental parameters, subjective difficulties, and anticipation of advantages of using the system. The resulting implications for the development and design of human-computer-interface as well as human-robot-interaction are introduced.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins ist die korrekte Wahrnehmung und Interpretation der Umgebung mit ihren Elementen und Veränderungen. Die entscheidende Rolle spielen dabei die Umgebungsreize, die der Mensch unmittelbar aufnehmen kann. Im Fall einer Fernüberwachung, die über eine Benutzungsschnittstelle und damit indirekt erfolgt, kann die Wahrnehmung beispielsweise aufgrund des eingeschränkten Sichtfeldes, der Qualität übertragener Videodaten und der Tatsache, dass nur ein Teil menschlicher Modalitäten angesprochen wird, wesentlich beeinträchtigt werden. Durch eine gezielte Gestaltung der Benutzungsschnittstelle und die gezielte Entwicklung von Assistenzfunktionen zur Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins soll diesen Herausforderungen bei der Überwachung autonomer mobiler Roboter begegnet werden.

Inhalt dieses Beitrags ist die Gestaltung einer kopfbewegungsbasierten Steuerung für ein schwenk- und neigbares Kamerasystem. Es wird ein Überblick über die Anwendung und die technische Realisierung gegeben sowie die Ergebnisse einer ersten Evaluation vorgestellt, die den Vergleich mit konventionellen Eingabegeräten und die Anfälligkeit für das Auftreten der Simulatorkrankheit untersucht.

Vorwissen, das die Grundlage einer intuitiven Interaktion darstellt, kann verschiedene Quellen haben. Gesten, die zur Steuerung eines mobilen Roboters herangezogen werden können, können ihren Ursprung in Alltagserfahrungen haben, wie beispielsweise dem Wegweisen, und werden durch die relativ häufige Verwendung meistens unbewusst angewendet. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung von erlernten Gesten, die nicht zum intuitiven Gestenvokabular gehören, eine potentielle Fehlerquelle darstellen. In einem Experiment mit zehn Versuchspersonen wurden im ersten Durchlauf intuitive Gesten ermittelt, um im zweiten Versuchsdurchlauf durch erlernte Gesten ersetzt zu werden. Die Durchführungszeit sowie die Anzahl der Kollisionen und der Abweichungen von den vorgegebenen Gesten wurden dabei ermittelt und dienten als Effizienz- und Zuverlässigkeitsindikatoren. Im Ergebnis wurden Empfehlungen für die Auswahl von Gesten zur Steuerung mobiler Roboter abgeleitet.

Dieser Beitrag beschreibt anhand eines konkreten Anwendungsfalls aus dem Bereich der Robotik, wie die Fähigkeiten des Menschen bei der Gestaltung einer Head-Mounted-Display-basierten Mensch-Roboter-Schnittstelle technisch umgesetzt werden können. Den inhaltlichen Rahmen bildet das Forschungsprojekt RoboGasInspector, dessen Ziel es ist, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit mobilen und mit Gasfernmesstechnik ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln und zu evaluieren, welches die Detektion und Ortung von Gaslecks in räumlich ausgedehnten technischen Anlagen weitgehend autonom bewältigt. Nach aktuellem Stand von Forschung und Entwicklung kann ein technisches System insbesondere in dynamischen Umgebungen nicht absolut fehlerfrei und ausfallsicher realisiert werden. Aus Gründen der Akzeptanz und der Anlagensicherheit ist deshalb eine Überwachung der mobilen Roboter erforderlich, die sich teilautonom durch die Anlage bewegen. Das Systemkonzept sieht eine zentrale Leitwarte mit zwei Benutzungsschnittstellen vor. Die eine Schnittstelle dient der Planung, Überwachung und Dokumentation der autonomen Funktion des Systems und die andere der Teleoperation des Roboters durch einen menschlichen Operator. Die Teleoperation soll menschliche Fähigkeiten synergetisch in das weitgehend automatisierte System integrieren und wird eingesetzt, falls der Mensch in der Lage ist, bei der Bearbeitung einer Aufgabe bessere Ergebnisse zu erzielen. Zur Unterstützung der Teleoperation wird ein Assistenzsystem eingesetzt, das dem Operator die visuellen Informationen liefert, die er benötigt um bei der Steuerung des Roboters am entfernten Einsatzort sein Situationsbewusstsein aufrechtzuerhalten. Das Assistenzsystem besteht aus einem Head-Mounted Display zur Ausgabe augmentierter Videobilder, die von einem Stereokamerasystem auf dem Roboter aufgezeichnet werden. Die Gestaltung der Teleoperationsunterstützung zielt darauf ab, dem Nutzer das Gefühl zu vermitteln mit den eigenen Augen aus der Perspektive des Roboters zu sehen bzw. im Sinne einer Telepräsenz selber vor Ort zu sein. Dazu wird bei der technischen Umsetzung von den menschlichen Fähigkeiten ausgegangen. Analogien zwischen technischen Parametern und quantitativen Maßen menschlicher Fähigkeiten werden genutzt, in dem die Parameter den zugehörigen Maßen angenähert werden. Eine Auswahl dieser Analogien wird in diesem Beitrag wiedergegeben und die Nachempfindung der menschlichen Wahrnehmung und Motorik durch Gegenüberstellung quantitativer Wertpaare beurteilt.

Lots of industrial plants are regularly inspected for irregularities such as gas leaks. This is done by plant personnel via visual, aural, olfactory, and gas detector based search. Mobile robots equipped with several sensors are an opportunity to free personnel from this monotone repetitive task. A task- and user-centered design approach was chosen to assure an efficient and effective human-robot interaction and to enhance the acceptance of the developed human-machine system. In the first step, current practices were surveyed and analyzed. Then, system requirements were derived and technically realized, to iteratively evaluate their usability. This article illustrates this design approach by exemplarily presenting requirements and their realization.

Industrial plants are a vital and common asset of modern society in a various number of ways. Safety of large industrial complexes that handle hazardous chemical materials is of utter importance to prevent harm to employees, general population, our natural environment and valuable infrastructure. Therefore, beside the plant owner’s own financial interest to guarantee faultless and safe operation, legal regulations have to be adhered due to strong public interest as well. An important measure to ensure safety is the implementation of regular inspection tours by maintenance personnel, who examine the often widely-stretched process infrastructure on foot and locally search for signs of beginning leakage. The Research Project RoboGasInspector was started to develop new means of aiding with the fulfillment of this essential task. This article gives an insight into this ongoing research project, where autonomous mobile robotics is combined with laser-based remote gas detection technology in order to create a proof-of-concept inspection system prototype, which can relieve humans of this monotonous and highly repetitive work.

Im Rahmen des Förderprogramms AUTONOMIK des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie wurde in einem Konsortium aus neun Projektpartnern der Prototyp eines autonomen mobilen Roboters zur Gaslecksuche in ausgedehnten Industrieanlagen entwickelt. Anhand verschiedenartiger Sensorik zur Selbstlokalisation und Navigation wurde die autonome Beweglichkeit des Systems für beliebige Anlagen realisiert, mit der Option anhand von Teleoperation manuell in den Prozess einzugreifen. Ausgestattet mit Video- und Gasfernmesstechnik ist der Roboter imstande, Inspektionsaufgaben in Industrieanlagen durchzuführen, ohne in mögliche Gefahrenbereiche direkt einfahren zu müssen und ohne, dass ein Mensch vor Ort anwesend ist. Der Roboter kann zur routinemäßigen Inspektion von Anlagen oder zur gezielten Untersuchung spezifischer Anlagenteile eingesetzt werden. Dank der verwendeten Fernmesstechnik können auch Anlagenteile inspiziert werden, die aufgrund ihrer beschränkten Zugänglichkeit mittels herkömmlicher Messtechnik nur schwer zu inspizieren sind.

Dieser Vortrag stellt verschiedene Ansätze zur Unterstützung eines menschlichen Operators bei der Teleoperation mobiler Roboter vor. Im Mittelpunkt steht dabei die Gestaltung der Schnittstelle zwischen Mensch und Roboter sowie insbesondere ihre Erweiterung durch geeignete Assistenzfunktionen. Durch Applikation eines benutzerzentrierten Gestaltungsansatzes nach ISO 9241-210 [1, 2, 3] und dabei insbesondere durch Evaluationen mit potentiellen Nutzern wird außerdem die Gebrauchstauglichkeit und Akzeptanz prototypisch realisierter Interaktionskonzepte sichergestellt. Dazu werden ausgewählte Evaluationsergebnisse vorgestellt. Unterstützungsbedarf hinsichtlich der Teleoperation besteht sowohl im Bezug auf die Wahrnehmung der entfernten Einsatzumgebung durch den Operator als auch im Bezug auf die Steuerung einer potentiell großen Anzahl an Freiheitsgraden des mobilen Robotersystems. Beide Aspekte führen zu hohen Anforderungen an die kognitiven und motorischen Fähigkeiten des Operators, denen es durch geeignete technische Lösungen zu begegnen gilt. Zur Evaluation verschiedener Assistenzsysteme zur Teleoperationsunterstützung wurde eine mobile Roboterplattform aufgebaut, die mit Hilfe eines Roboterarms und eines Drei-Finger-Greifers manipulativ auf ihre Einsatzumgebung einwirken kann. Da der Roboter außerdem in der Lage ist, autonom zu navigieren, lassen sich über reine Teleoperation hinausgehende Interaktionskonzepte wie bspw. die leitende Kontrolle [4] eines Mensch-Roboter-Systems untersuchen. Zur Unterstützung der Wahrnehmung der entfernten Umgebung wurde der Roboter mit einem Stereokamerasystem ausgestattet, dessen technische Auslegung sich an den Eigenschaften des visuellen Systems des Menschen orientiert [5] und somit eine möglichst natürliche Wahrnehmung bietet. Ähnliche Arbeiten fokussieren oft auf die technische Realisierung oder auf maschinelles Sehen. Stereoskopie ermöglicht dem Operator eine Tiefenwahrnehmung, die zur Durchführung von Telemanipulationsaufgaben notwendig ist. Das Kamerasystem ist schwenk- und neigbar, ermöglicht eine servobasierte Nachführung der Augenvergenz und lässt sich bspw. durch Einstellung des Pupillenabstandes an verschiedene Nutzer anpassen. Zur Visualisierung der Videobilder werden stereoskopische Bildschirme und ein Head-Mounted Display eingesetzt. Aktuelle Arbeiten bzgl. der Visualisierung beschäftigen sich mit 3D-Laser-basierten Umgebungsmodellen als Ersatz für Videobilder und Augmented Reality. Um den Operator bei der Steuerung der verschiedenen Freiheitsgrade des Systems zu unterstützen, wurden Ansätze erprobt, die Freiheitsgrade an die Bewegung des Operators zu koppeln. Ein Beispiel dafür ist die Steuerung der Ausrichtung des Kamerasystems entsprechend der Kopfbewegung des Operators [6, 7]. Dies wurde hier für visuelle Suchaufgaben eingesetzt, die gegenüber anderen Anwendungen größere und häufigere Kopfbewegungen erfordern. Außerdem wurden verschiedene publizierte Realisierungsansätze bzgl. ihrer Auswirkungen auf den Menschen vergleichend untersucht. Ein weiteres Beispiel ist die Verfolgung der Handbewegung des Operators. Diese wird häufig zum Teachin automatischer Bewegungsabläufe eingesetzt, selten zur Teleoperation. Teilkomponenten haben in ersten Evaluationen ihre Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Ansätzen unter Beweis gestellt [8]. Aktuelle Arbeiten in diesem Bereich beschäftigen sich mit symbolischen Ansätzen zur Gestensteuerung des Robotersystems. [1] DIN EN ISO 9241-210: Ergonomie der Mensch-System-Interaktion - Teil 210: Prozess zur Gestaltung gebrauchstauglicher interaktiver Systeme. Januar 2011 [2] Hegenberg, J.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Task- and user-centered design of a human-robot system for gas leak detection: From requirements analysis to prototypical realization. In: Petrovic, I. & Korondi, P. (Hrsg.): 10th International IFAC Symposium on Robot Control (Dubrovnik, Kroatien 2012). Dubrovnik: International Federation of Automatic Control (IFAC), 2012, S. 793-798 [3] Schmidt, L.; Hegenberg, J. & Cramar, L.: Mensch-Roboter-System zur Gaslecksuche. In: atp edition - Automatisierungstechnische Praxis 53 (2011), Nr. 12, S. 56-65 [4] Sheridan, T. B.: Humans and Automation : System Design and Research Issues. New York: Wiley, 2002 [5] Hegenberg, J.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Teleoperationsunterstützung über ein HMD und ein kopfbewegungsgesteuertes Stereokamerasystem auf einem entfernten mobilen Roboter. In: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Hrsg.): Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen (Dortmund 2011). Dortmund: BAuA, 2012, S. 29-38 [6] Heuring, J. J. & Murray, D. W.: Visual head tracking and slaving for visual telepresence. In: Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (Minneapolis, USA 1996). Minneapolis: IEEE, 1996, S. 2908-2914 [7] Reilink, R., de Bruin, G., Franken, M., Mariani, M., Misra, S. & Stramigioli, S.: Endoscopic camera control by head movements for thoracic surgery. In: Proceedings of the 3rd IEEE, RAS and EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (Tokyo, Japan 2010). Tokyo: IEEE, 2010, S. 510–515 [8] Hegenberg, J.; Röllke, A.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Ergonomische Gestaltung einer kopfbewegungsbasierten Steuerung eines Stereokamerasystems auf einem mobilen Roboter. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V. (Hrsg.): Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme - Wege zur gesunden, effizienten und sicheren Arbeit : 58. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft (Kassel 2012). Dortmund: GfA-Press, 2012, S. 249-25

Im Beitrag wird die telemanipulative Durchführung einer Handhabungsaufgabe anhand verschiedener Steuerungen betrachtet. Anwendungskontext ist ein mobiler Roboter in einer großflächigen Industrieanlage, der aus einer Leitwarte teleoperiert werden kann. Dazu wurde als Versuchsaufgabe das Öffnen und Schließen eines Ventils zur Entwässerung einer Prozessanlage im Labor nachgestellt. Ziel der hier vorgestellten Untersuchung war es, durch eine vergleichende Evaluation die Gebrauchstauglichkeit unterschiedlicher Eingabegeräte zu erheben. Dazu wurde die Steuerung durch eine Tatstatur, eine 3D-Maus und einen Flystick miteinander verglichen.

Der Technologietrend zu tragbaren, stets mit dem Internet verbundenen Geräten, die den Menschen mit vielfältiger Sensorik und Aktorik unterstützen sollen, geht gleichzeitig einher mit innovativen Möglichkeiten der Mensch-Maschine-Interaktion. Um eine gebrauchs¬taugliche Nutzung dieser smarten Technologien zu gewährleisten, sind dafür entsprechende Gestaltungsempfehlungen erforderlich. Dieser Beitrag beschreibt den aktuellen Stand der Lösungsansätze unter Berücksichtigung menschlicher Eigenschaften sowie technischer Potenziale, fasst vorhandene Gestaltungsempfehlungen zusammen und macht den Forschungsbedarf deutlich. Dazu werden Gestaltungsempfehlungen für haptisches Feedback bei Touchscreens, für die Visualisierung mit Datenbrillen und für die 3-D-Gesteninteraktion betrachtet und gleichzeitig ein Einblick in verschiedene Forschungsprojekte des Fachgebiets gegeben.

Ziel des Forschungsprojektes Robotair ist die Entwicklung und Evaluation eines Servicerobotersystems zur Detektion und Ortung von Druckluftleckagen und zur Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren. In einem Produktionsunternehmen wurden leitfadengestützte Interviews und Begehungen zur Erhebung des Status quo und des Bedarfs für Inspektionen durchgeführt. Auf dieser Grundlage wurde in einem Workshop mit den Projektpartnern ein Anforderungskatalog erstellt. Basierend auf den Anforderungen und einer Aufgabenanalyse zur Detektion und Ortung von Druckluftleckagen wurde eine Aufgabenteilung zwischen Mensch und Robotersystem vorgenommen.

Im vorliegenden Dokument wurden die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt RoboGasInspector vorgestellt. Es wurde gezeigt, dass eine Durchführung von Inspektionen in industrieller Umgebung mittels autonomer mobiler Roboter prinzipiell möglich ist. Durch den Einsatz von optischer (Gas-)Fernmesstechnik konnte gezeigt werden, dass der Anlagenfahrer bei der routinemäßigen Überwachung der Anlagenkomponenten entlastet werden kann und sich die Anlagensicherheit durch kürzere Inspektionsintervalle und durch die zusätzliche sensorische Überwachung der Anlagenkomponenten verbessern lässt. In mehreren Tests wurde mit dem Prototyp unter realen Bedingungen die zuverlässige Inspektion, Mobilität und Gasleckortung an Rohrbrücken, Pipelines und Armaturen unter moderaten Wetterbedingungen demonstriert. Für die Produktisierung sind noch mehrere technische Arbeiten auf den Gebieten des Ex-Schutzes, Wetterfestigkeit, Mobilität, Sensorik sowie Softwareentwicklungsarbeiten (z. B. nach ISO/IEC 9126) notwendig. Neben den technischen Fragestellungen müssen aber auch die rechtlichen Fragestellungen für den kommerziellen Einsatz bezgl. des autonomen Betriebs (z. B. Produkthaftung, Gewährleistung, etc.) geklärt werden. Nicht destotrotz wurde durch das Projekt RoboGasInspector eine Grundlage für eine Produktisierung gelegt und Möglichkeiten zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeits- und Risikobewertung aufgezeigt.

Purpose - To avoid harm to humans, environment, and capital goods, hazardous or explosive gases that are possibly escaping from industrial and infrastructure facilities of the gas and oil processing industry have to be detected and located quickly and reliably. Project RoboGasInspector aims at the development and evaluation of a human-robot system that applies autonomous robots equipped with remote gas detection devices to detect and locate gas leaks. This article aims to focus on the usability of telemanipulation in this context. Design/methodology/approach - This paper presents four user studies concerning human-robot interfaces for teleoperation in industrial inspection tasks. Their purpose is to resolve contradictory scientific findings regarding aspects of teleoperation and to verify functionality, usability, and technology acceptance of the designed solution in the actual context of use. Therefore, aspects concerning teleoperation that were separately examined before are evaluated in an integrated way. Considered aspects are influence of media technology on telepresence, simulator sickness and head slaved camera control, usability of different input devices for telemanipulation, and identification of intuitive gestures for teleoperation of mobile robots. Findings - In general, the implemented interaction concepts perform better compared to conventional ones used in contemporary, actually applied robot systems. Otherwise, reasons are analyzed and approaches for further improvements are discussed. Exemplary results are given for each study. Originality/value - The solution combines several technical approaches that are so far separately examined. Each approach is transferred to the innovative domain of industrial inspections and its applicability in this context is verified. New findings give design recommendations for remote workplaces of robot operators.

Gestensteuerungen wird als einer natürliche Interaktionsform das Potential zugeschrieben, herkömmliche Eingabegeräte in vielen Anwendungsbereichen zu ersetzen. Fortschritte in der technischen Realisierung führen dazu, dass auch im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion 3-D-Gestensteuerungen erste experimentelle Verwendung finden. Gleichzeitig werden allerdings Zweifel an der Gebrauchstauglichkeit von Gestensteuerungen geäußert. In einer Laborstudie wurde eine intuitiv empfundene 3-D-Gestensteuerung mit einer herkömmlichen Steuerung für einen mobilen Serviceroboter verglichen. Im Ergebnis wurde deutlich, dass die Gestensteuerung für die Steuerung eines Manipulatorarms des Roboters vielversprechend, aber für Fahraufgaben des mobilen Serviceroboters weniger gut geeignet ist, und es Bedarf nach Gestaltungsempfehlungen für den Entwurf von 3-D-Gesten und deren ergonomische Bewertung gibt.

Für einen mobilen Leitstand eines Servicerobotiksystems wurde ein digitaler Prototyp der zugehörigen Benutzungsschnittstelle erstellt. Dieser wurde einer Evaluation in Form eines Usability Walkthrough unterzogen. 15 Teilnehmer führten typische Aufgaben durch, während sie ihre Gedanken laut äußerten. Dabei wurden Verbesserungspotentiale der vorgesehenen Funktionalitäten und der graphischen Darstellung ermittelt und dokumentiert. Diese dienten anschließend zur Überarbeitung des Konzepts und der Gestaltung der prototypischen Benutzungsschnittstelle. Es werden sowohl die Evaluation und ihre Ergebnisse als auch die daraus abgeleitete angepasste Gestaltungslösung präsentiert.

Der Beitrag beschreibt das Forschungsprojekt Robotair, dessen Ziel die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems ist. Das System wird für die Detektion und Ortung von Druckluftleckagen zwecks nachhaltiger Ressourcen- und Energienutzung sowie für die Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen verwendet. Es besteht aus einem teleoperiert fliegenden und einem teilautonom fahrenden Roboter, die beide mit sensorischer Nutzlast ausgestattet sind, sowie einem mobilen Leitstand. Dort wird aus den Sensorsignalen ein aussagekräftiges Lagebild erstellt und dem Nutzer visualisiert. Insbesondere wird die Mensch-Roboter-Interaktion zur Planung, Überwachung und Dokumentation der Inspektionsaufgaben sowie die Teleoperation des Flugroboters durch einen menschlichen Operator vorgestellt. Die Teleoperation soll menschliche Fähigkeiten synergetisch in das System integrieren und wird eingesetzt, falls der Mensch in der Lage ist, bei der Bearbeitung einer Aufgabe bessere Ergebnisse zu erzielen. Zur Unterstützung der Teleoperation wird u. a. eine Datenbrille eingesetzt, die relevante Daten in einer Augmented-Reality-Umgebung visualisiert

Nine project partners developed the prototype of an autonomous mobile robot for detecting gas leaks in extensive industrial plants within the context of the "AUTONOMIK" programme of the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy. The system's autonomous mobility was put into practice using various sensors for auto-localisation and navigation. In addition, it includes an option to intervene manually in the process using teleoperation. Equipped with video and remote gas detection technology, the robot can carry out inspections in industrial plants without having to enter possible hazard areas and without any person present on site. The robot can be used for routine inspection of plants or systematic examination of specific parts of the plant. Using remote metrology technology, it is also possible to inspect parts of the plant that are difficult to inspect using traditional measuring instruments due to limited accessibility.

Im Forschungsprojekt Robotair wird zur Steuerung eines Flugroboters ein mobiler Leitstand mit Datenbrille eingesetzt. Mittels der Datenbrille werden wichtige Informationen direkt in das Sichtfeld des Operators eingeblendet. Diese müssen schnell bemerkt werden und gut lesbar sein, dürfen aber nicht ablenken. Mit Hilfe einer Simulation wurde untersucht, wie sich verschiedene Arten von Textdarstellungen auf die Leistung bei der Steuerung des Flugroboters auswirken. Texte in schwarz und rot wurden mit verschiedenen Hintergrundstilen dargestellt. Dabei wurden Fehler bei der Steuerung und die Reaktionszeit auf textuelle Handlungsanweisungen gemessen. Weder bezüglich der Reaktionszeit noch bezüglich der der Fehleranzahl konnten statistisch signifikante Unterschiede festgestellt werden. Auf Basis der Ergebnisse einer Befragung der Versuchspersonen wird eine Gestaltungsempfehlung gegeben.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems für die Detektion und Ortung von Druckluftlecks und Isolationsschäden an Prozessöfen sowie für die Kartierung von Arbeitsumgebungsfaktoren. Dies dient einer nachhaltigen Ressourcen- und Energienutzung und trägt zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen und zur Steigerung der Produktivität bei. Das System besteht aus einem teleoperiert fliegenden und einem teilautonom fahrenden Roboter, die beide mit intelligenten Multisensor-Modulen ausgestattet sind, sowie einem mobilen Leitstand. Dort wird aus den Sensorsignalen ein aussagekräftiges Lagebild erstellt und visualisiert. Ein Überblick über das System wird abgerundet von ersten Erprobungsergebnissen.

Für die Entwicklung eines persönlichen, adaptiv lernenden Reiseassistenzsystems (RAS) für den öffentlichen Verkehr auf Basis von Augmented Reality wurde in der Anforderungsanalyse ein Mixed-Methods-Ansatz mit Fokusgruppen (n = 40) und einer Online-Befragung (n = 311) gewählt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Großteil der Nutzer sich vorstellen kann, ein RAS zu nutzen, viele bei der Verwendung von Datenbrillen und Sprachinteraktion im öffentlichen Raum jedoch Bedenken haben. Als wichtigste Funktionen eines RAS werden die Unterstützung im Störungsfall, die Fußgängernavigation sowie die Versorgung mit Informationen zur Reisekette angesehen.

Flugroboter werden immer mehr im industriellen Bereich eingesetzt. Einsatzfelder sind dabei z. B. Inspektionen von schwer zugänglichen Bereichen oder die automatisierte Durchführung von Inventuren in Großlagern. Für die Steuerung solcher Flugroboter steht zumeist eine klassische Remote Control (RC) zur Verfügung, mit der die Freiheitsgrade des Flugroboters über zwei Joysticks gesteuert werden können. Eine solche Steuerung neben der eigentlichen Arbeitsaufgabe zu beherrschen ist für ungeübte Personen nahezu unmöglich. Auf der anderen Seite bietet eine Gestensteuerung eine intuitive und leicht erlernbare Möglichkeit Roboter zu steuern, die natürliche menschliche Kommunikations- und Handlungsweisen berücksichtigt. Daher wurde eine auf Gesten basierende Steuerung für Flugroboter entworfen, die als Ersatz für eine RC dienen kann. Dieser Beitrag stellt das methodische Vorgehen und die Ergebnisse einer nutzerbasierten Evaluation dar, in der Probanden mit einer RC und der entworfenen Gestensteuerung einfache Flugaufgaben lösen sollten. Ziel war insbesondere die Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit und der Intuitivität der beiden Steuerungen.

Für ein Servicerobotiksystem, welches teilautonom Arbeitsumgebungsfaktoren aufzeichnet sowie Ultraschall- und Thermografiemessungen durchführt, wurde ein mobiler Leitstand konzipiert und realisiert. Der Leitstand besteht aus einem mobilen verstellbaren Montage- und Bildschirmarbeitsplatz für die praktische Vorbereitung, Planung, Überwachung und Dokumentation des Robotereinsatzes sowie einer Datenbrille für die Teleoperation eines Flugroboters. Um die Gebrauchstauglichkeit der Benutzungsschnittstelle des Bildschirmarbeitsplatzes zu evaluieren, wurde eine Untersuchung mit Anwendern in der Produktionsumgebung eines Automobilherstellers durchgeführt. Um die Gebrauchstauglichkeit der Assistenzfunktionen bei der Teleoperation von Flugrobotern zu evaluieren, wurde des Weiteren eine Untersuchung zur Darstellung von Warnmeldungen in Datenbrillen bei einer realen Flugaufgabe durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen Verbesserungsmöglichkeiten für die Gestaltung der Benutzungsschnittstelle auf und geben Gestaltungshinweise für die Darstellung von Warnmeldungen in Datenbrillen.

In diesem Beitrag wird die Realisierung einer Versuchsumgebung beschrieben, die bei einem guten Verhältnis von Kosten, Aufwand und Genauigkeit eine Indoorlokalisierung mit Bluetooth-Low-Energy-Beacons ermöglicht. Es wird eine prototypische Indoornavigation mit einer Durchsichtdatenbrille vorgestellt, die dem Nutzer kontaktanaloge Navigationsanweisungen in 3-D entlang seines Zielpfades einblendet. Eine Nutzerevaluation zeigt, dass insbesondere die händefreie Interaktion als nützlich angesehen wird und die Gestaltung einer Augmented-Reality-Indoornavigation Ungenauigkeiten bei der Lokalisierung besonders berücksichtigen sollte, wenn relativ enge Wege genutzt werden.

Das Ziel des Forschungsprojektes Robotair war die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems für die Detektion und Ortung von Druckluftleckagen zwecks nachhaltiger Ressourcen- und Energienutzung sowie für die Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen und Steigerung der Produktivität. Durch die regelmäßige Inspektion von Druckluftanlagen werden frühzeitig Leckagen entdeckt, dadurch Verluste und der Primärenergieeinsatz verringert, was sich wiederum positiv auf den CO2-Ausstoß und das Klima auswirkt. Aufgrund schlechter räumlicher Erreichbarkeit, geringer Produktrelevanz und geringer Energiekosten wurde dies bisher oft vernachlässigt. Auch in der Gebäudetechnik sollten durch roboterbasierte, multimodale Kartierung der klimatischen Lokalsituation Einsparmöglichkeiten identifiziert und realisiert werden und gleichzeitig ein Beitrag zur Erfassung und Verbesserung der Arbeitsumgebungsbedingungen geleistet werden. In verschiedenen Studien wurden die wirtschaftliche Signifikanz und der große adressierbare Markt dokumentiert, wie auch eine Potentialabschätzung der Volkswagen AG und eine Kostenabschätzung der Forschungspartner auf Basis der EFFIROB-Systematik zeigte. Innerhalb des Forschungsprojektes wurden Anforderungen erhoben und ein Systemprototyp erstellt, dessen robuste Funktionsweise und Gebrauchstauglichkeit im Labor und in Feldstudien in der Automobilindustrie evaluiert wurde.

Für die Entwicklung eines persönlichen, adaptiv lernenden Reiseassistenzsystems für den öffentlichen Verkehr auf Basis von Augmented Reality wurde in der Anforderungsanalyse ein Mixed-Methods-Ansatz mit Fokusgruppen (n = 40) und einer Online-Befragung (n = 311) gewählt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Großteil der Nutzer sich vorstellen kann, ein Reiseassistenzsystem zu nutzen, viele bei der Verwendung von Datenbrillen und Sprachinteraktion im öffentlichen Raum jedoch Bedenken haben. Als wichtigste Funktionen eines Reiseassistenzsystems werden die Unterstützung im Störungsfall, die Fußgängernavigation sowie die Versorgung mit Informationen zur Reisekette angesehen. Basierend auf den erhobenen Daten wurden Personas und Szenarien entworfen. Diese Werkzeuge ermöglichen es, dass sich die an der Entwicklung beteiligten Personen besser in den zukünftigen Nutzer des Reiseassistenzsystems sowie in den Nutzungskontext hineinversetzen und Gestaltungslösungen aus Nutzersicht beurteilt werden können. Praktische Relevanz: Intermodale Mobilitätsketten sowie die zunehmende Komplexität von Verkehrsknotenpunkten stellen Reisende vor die Herausforderung, unter Zeitdruck herauszufiltern, welche aus der Fülle der zur Verfügung stehenden Informationen für sie in der aktuellen Situation relevant sind. Dieser Beitrag analysiert, welche Informationen Reisende wann benötigen, mit dem Ziel, die Entwicklung von Assistenzsystemen zu unterstützen, die Informationen situations- und nutzergerecht zur Verfügung stellen und so die Beanspruchung beim Reisen reduzieren.

Anhand eines Montagearbeitsplatzes der Automobilindustrie wird die Integration eines unterstützenden Roboters betrachtet. Für die praxisnahe Evaluation der Roboterunterstützung wurde im Labor ein Mock-up des Arbeitsplatzes realisiert. Die damit durchgeführte Studie (n = 21) fokussierte sich auf die Steigerung der Effizienz des Arbeitsprozesses durch die technische Unterstützung und die Verringerung der Beanspruchung für den Werker durch Übernahme eines Teils der Materialhandhabung durch den Roboter. Die Effizienzsteigerung und Beanspruchungsreduktion ließen sich statistisch signifikant belegen. Vor dem Hintergrund der Akzeptanz einer solchen Roboterunterstützung wurde auch die Gebrauchstauglichkeit betrachtet und positiv bewertet. Praktische Relevanz. Einerseits finden wissenschaftliche Studien zur Mensch-Roboter-Kollaboration häufig in vereinfachten oder künstlichen Setups bspw. der Handhabung von Bauklötzen oder in VR-Umgebungen statt, andererseits werden vor allem in Großunternehmen Versuchsstände realisiert, die öffentlichkeitswirksam präsentiert werden können, aber häufig eine gewissen Praxisferne aufweisen. Der Aufbau und die Nutzung eines Mock-ups, der sich möglichst nah am realen Montagearbeitsplatz orientiert und ausschließlich kommerziell verfügbare Standardkomponenten nutzt, zur Durchführung wissenschaftlicher Studien anhand tatsächlicher und in der Industrie häufig vorzufindender Arbeitsprozesse stellt hier die hohe praktische Relevanz und die Übertragbarkeit der Ergebnisse sicher.

Reiseassistenzsysteme sind vielversprechend, um individualisierte und kontextbezogene Unterstützung entlang intermodaler Reiseketten im öffentlichen Verkehr anzubieten. Hierbei stellen sowohl zeitkritische Situationen als auch solche mit längerer Wartezeit eine Belastung des Reisenden dar. Für letztere bietet das untersuchte System Assistenz durch individualisierte Gestaltungsvorschläge für längere Aufenthalte. In Vorbereitung auf eine großangelegte Feldstudie wurden vier Varianten des zugrundeliegenden Empfehlungssystems und ein Trainingsansatz zur Initialisierung des Nutzerprofils hinsichtlich der numerischen und der subjektiv wahrgenommenen Genauigkeit der Empfehlungen evaluiert. Die Benutzungsschnittstelle in einer optischen Durchsichtdatenbrille wird außerdem hinsichtlich ihrer Gebrauchstauglichkeit evaluiert. Für die Evaluation wurde eine Reise inkl. zweier längerer Aufenthalte mittels einer CAVE simuliert.

Der Beitrag beschreibt die Gestaltung, prototypische Umsetzung und Evaluation eines Reiseassistenzsystems mit Datenbrillen für intermodale Reiseketten im öffentlichen Verkehr. Die Grundlage bildet ein Szenario, welches die Reisekette ab der eigenen Haustür bis zum Gate an einem Flughafen darstellt und mehrere Verkehrsmittelwechsel sowie Fußwege beinhaltet. Die Datenbrille liefert dem Nutzer reiserelevante Informationen, die situations- und nutzergerecht dargestellt werden sollten. Der szenariobasierte Prototyp wurde für die Durchsichtdatenbrille Epson Moverio BT-200 entwickelt und in einer Laborstudie mit zwölf Probanden formativ evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung eines Reiseassistenzsystems mit Datenbrillen, insbesondere in unbekannter Umgebung, als hilfreich erachtet wird.

Die vorliegende Studie untersucht das Verhalten und den Zustand von Menschen während der Navigation durch den Frankfurter Flughafen. Dafür absolvierten die zwölf Teilnehmer drei flughafentypische Navigationsaufgaben, während Gangparameter, die Herz-Kreislauf-Aktivität und die Blickbewegung aufgezeichnet wurden. Anschließend wurde die videogestützte Retrospektive-Think-Aloud-Methode genutzt, um einen Einblick in die Gedanken und Strategien der Probanden zu bekommen. Die vielfältigen sowohl quantitativ als auch qualitativ analysierten Daten liefern Erkenntnisse über das Gehverhalten, die Herzrate und die Herzratenvariabilität sowie das Informationssuch- und -aufnahmeverhalten. Außerdem werden Problemstellen bei der Orientierung und Navigation am Flughafen ermittelt. Die Ergebnisse werden diskutiert und auf den Anwendungsbereich der Reiseassistenz angewendet, um in einem menschzentrierten Ansatz den Informationsbedarf für ein Augmented-Reality-Reiseassistenzsystem zu spezifizieren und Gestaltungsempfehlungen dafür abzuleiten. Praktische Relevanz: Es wird eine Vielzahl an Daten aus einer Feldstudie unter natürlichen Bedingungen zur Verfügung gestellt, mithilfe derer Nutzerverhalten und -zustand bei der Navigation beschrieben und analysiert werden können. Der Versuchsraum - ein komplexer Verkehrsknotenpunkt - ist für diverse Anwendungsbereiche von Interesse. Die vorgestellten Daten können auch als Referenzdaten für ähnliche Studien von Nutzen sein, z. B. um zu vergleichen, ob und inwieweit sich das Verhalten und der Zustand von Reisenden durch eine Navigationsunterstützung verändert.

We investigate how reading text in augmented reality (AR) glasses and the simultaneous execution of three real-world tasks interfere with each other. The three tasks are a visual stimulus-response task (VSRT), a simple walking task and a walking obstacle course. Also, we investigate the effects of different AR text positions on primary task and reading performance as well as subjective preference. We propose a novel out of sight body-locked text placement for AR text presentation to be used in dual-task situations and compare it to head-locked text placement, each in two heights. AR reading affected performance in all tasks and reading speed was affected in all dual-task conditions. Participants subjectively preferred the body-locked text presentation, while objective measures do not reflect that preference. Differences between the tasks and several interaction effects between task and AR text placement demonstrate the necessity to carefully consider the context of use when designing AR reading UIs. The presented study with 12 participants provides insights into the effects of AR glasses usage in dual-task situations and several design recommendations are derived from the results.

Mobilität präsentiert sich in Form von Alltags- und Versorgungsmobilität, als Freizeit-, Messe- und Touristenverkehr sowie in vielschichtigen Wirtschaftsbewegungen von Unternehmen und Dienstleistern. Mobilität ist ein Grundbedürfnis und sichert neben der Teilhabe am öffentlichen Leben die Erreichbarkeit des Arbeitsplatzes, also die Teilhabe am ökonomischen Leben. Die Sicherung von Mobilität sowie eine effiziente Ausgestaltung zur Information und Nutzung unter den technischen Rahmenbedingungen sind Aufgaben mit hoher gesellschaftlicher Verantwortung, zu deren Lösung das Projekt RadAR+ einen wesentlichen Beitrag leistete - durch die Entwicklung eines adaptiv lernenden Mobilitätsagenten unter Verwendung von Augmented Reality.

Um die Attraktivität des öffentlichen Nahverkehrs zu erhöhen, wurde ein Mobilitätsassistenzsystem (MAS) konzipiert, das die Nutzerinnen in den Bereichen Anschlusssicherung und Belegungszustand sowie durch einen integrierten Lieferdienst unterstützt. Dazu wurde eine Anforderungserhebung mit Experten (n = 5) und Nutzerinnen (n = 426) durchgeführt, womit auch die Anforderungen von älteren Menschen und Menschen mit Einschränkungen besonders berücksichtigt werden sollten. Entgegen der Erwartungen ist das MAS für diese Gruppen nicht attraktiver als für andere Nutzerinnen. Die meisten Nutzerinnen wünschen sich die Interaktion mittels einer App, ältere Menschen und Menschen mit Einschränkungen bevorzugen andere Schnittstellen.

In diesem Beitrag wird ein Konzept zur Integration einer kollaborativen Roboterunterstützung an einem manuellen Montagearbeitsplatz vorgestellt. Dazu wurde exemplarisch ein Arbeitsplatz in der Wellenvormontage der Getriebefertigung in der Automobilindustrie betrachtet. Die Arbeitsprozesse bei der manuellen Montage wurden analysiert und das darauf basierende Konzept in einem vollfunktionsfähigen Mock-up umgesetzt, welcher die Montage ohne und mit Roboterunterstützung ermöglicht. Auf Basis dieses Mock-ups wurde eine Nutzerstudie (n = 8) durchgeführt, die die Ergonomie und Gebrauchstauglichkeit des Konzepts sowie das wirtschaftliche Potenzial der Roboterunterstützung evaluiert.

Die Steigerung der Attraktivität öffentlicher Verkehrsmittel (ÖV) ist eine zentrale Komponente zur Verbesserung der Lebensqualität im urbanen Raum. Zwei Drittel der zurückgelegten Wege in Kernstädten entfallen auf Freizeitaktivitäten, Einkauf und private Erledigungen, wobei der ÖV-Nutzung oft der unbequeme Transport von Einkäufen oder Gepäck sowie die Unsicherheit bzgl. verfügbarer Sitzplätze und des Erreichens von Anschlüssen entgegenstehen. Deshalb wurde in diesem Projekt ein Mobilitätsassistenzsystem konzipiert, das den Nutzer bedarfsgerecht entlang seiner Reisekette unterstützt. Neben der intermodalen Reiseplanung bietet es einen innovativen innerstädtischen Lieferdienst, der mit Gepäckabgabe, Transport und Zustellung die gesamte Lieferkette abdeckt. Gemeinsam mit innerstädtischen Verkehrsdienstleistern wurde die Erfassung und Echtzeit-Bereitstellung von Belegungsdaten untersucht, deren Berücksichtigung neue individuelle Adaptionsmöglichkeiten schafft. Weiterhin wurde eine Anschlusssicherung konzipiert, die dem Nutzer verlässliche Informationen zur Anschlusserreichung bereitstellt und durch Anmeldung von Anschlusswünschen die Sicherstellung durch die Verkehrsdienstleister ermöglicht. Das Assistenzsystem bietet eine integrierte Lösung für die getrennte Personen- und Gepäckbeförderung und integriert Daten zu Belegung und Anschlüssen, die bisher nicht in Echtzeit bereitgestellt werden.

Die Komplexität des öffentlichen Personenverkehrs nimmt durch die stetige Verdichtung und Verknüpfung unterschiedlicher Verkehrsmittel zu. Die daraus erwachsenden Anforderungen an die kognitive und physische Leistungsfähigkeit des Menschen beim Wechsel minutengenau getakteter Verkehrsmittel lassen besonders an hochbelasteten Knotenpunkten vermehrt kritische Situationen bei der Durchführung von Reiseketten entstehen, die alle Altersgruppen betreffen. Dies kann z. B. bei mangelnden Ortskenntnissen zur Informationsüberflutung und zur Orientierungslosigkeit von Reisenden führen. Im Projekt RadAR+ wurde ein persönliches Reiseassistenzsystem entwickelt, das Nutzerinnen und Nutzer bei Verkehrsmittelwechseln an komplexen Mobilitätsknoten unterstützt. Das Teilvorhaben zur Mensch-Technik-Interaktion beschäftigte sich dabei schwerpunktmäßig damit, dass die benötigten Informationen in ergonomisch angemessener Form zum richtigen Zeitpunkt und in der notwendigen Tiefe bereitgestellt werden. Das lernende Assistenzsystem verwaltet das erforderliche Umgebungswissen an Verkehrsknoten und stellt die navigationsrelevanten Daten in Echtzeit zur Verfügung. Ein adaptives Nutzermodell lernt die Mobilitätsanforderungen und Bedürfnisse des Nutzers. Auf dieser Basis werden bspw. Empfehlungen zur Gestaltung längerer Aufenthalte beim Umstieg entlang intermodaler Reiseketten berechnet. Für die individualisierte Mobilitätsplanung werden je nach persönlichen Bedürfnissen mobile Geräte, insbesondere Datenbrillen, verwendet. Auf diese Weise können auch komplexe Routeninformationen situationsgerecht vermittelt werden. Durch Visualisierung von Augmented-Reality-(AR)-Elementen in der Datenbrille wird der Nutzer bei der Navigation zum gewünschten Verkehrsmittel sowie bei der Abschätzung der dazu noch verfügbaren Zeit unterstützt. Hierbei werden auch ggf. vorliegende Abweichungen vom Normalfall mit Echtzeitdaten automatisch berücksichtigt. Die Entwicklung folgte einem iterativen benutzerorientierten Gestaltungsprozess, um die bedarfsgerechte Umsetzung und letztlich die Akzeptanz der Nutzer sicherzustellen. Konzepte und Teillösungen wurden unter Nutzerbeteiligung formativ evaluiert und die Ergebnisse in folgenden Entwicklungsiterationen aufgegriffen. Ein barrierearmer Technologie-Zugang wurde mit intuitiver Mensch-Maschine-Kommunikation (AR-, Sprach-User-Interfaces) erreicht. Abschließend wurde ein Demonstrator realisiert, der im Feld entlang einer intermodalen Reisekette in Frankfurt am Main summativ evaluiert wurde. Die Ergebnisse ermöglichen eine Reiseassistenz, die eine breite Bevölkerungsschicht bei der Orientierung im öffentlichen Personenverkehr unterstützt

Ein Prototyp eines omnidirektionalen Laufeingabegerätes wurde insbesondere hinsichtlich des Regelungskonzeptes auf Basis von Empfehlungen aus der Literatur optimiert. Der Beitrag stellt die relevanten Rahmenbedingungen des Einsatzes solcher Systeme vor und berichtet über die Ergebnisse einer vergleichenden Studie, die auf die Verbesserung der Nutzung, insbesondere bzgl. der Regelung der translatorischen und der rotatorischen Bewegungsrichtung, abzielt. Dabei wurden zwei neuentwickelte Regelungsvarianten der bestehenden Lösung des Herstellers gegenübergestellt. Die Effekte wurden mit gängigen Standardfragebögen sowie Befragungsinstrumenten zu anderen Laufeingabegeräten untersucht. Es konnte ein signifikanter Vorteil des neuen Regelungskonzeptes belegt werden.

Durch eine zunehmend flexibilisierte Produktion und relativ hohe Personalfluktuation bei einfachen Tätigkeiten wird das Anlernen neuer Mitarbeitender bzw. für neue oder geänderte Produktionsprozesse zunehmend relevanter. Konventionelle Anlernmethoden, bspw. durch Demonstration oder Arbeitspläne, haben Schwächen (bspw. binden sie zusätzliche Arbeitskraft oder sind kognitiv anspruchsvoll), die durch ein Augmented-Reality-(AR-)basiertes Assistenzsystem kompensiert werden können. Ein AR-Assistenzsystem zum Anlernen eines tatsächlichen industriellen Montageprozesses wurde in einer vergleichenden Studie mit 16 Versuchspersonen gegenüber einer konventionellen Papieranleitung evaluiert. Bzgl. Gebrauchstauglichkeit und Beanspruchung deuten sich die Stärken des AR-Ansatzes an. In den Subskalen Anstrengung und Frustration zeigt sich eine statistisch signifikante Reduktion der Beanspruchung. Bezüglich der Montagezeiten konnten statistisch signifikante Vorteile erzielt werden. Ergänzend wurde in einer zweiten Studie eine Videoanleitung mit der AR-Anleitung verglichen. Praktische Relevanz: Die Digitalisierung der Produktion erlaubt nach Kundenwunsch individualisierte Produkte, die mit einer flexibilisierten Produktion einhergehen. Einfache Montageprozesse ändern sich daher häufiger vollständig oder in Teilen. Außerdem wechseln Mitarbeitende aufgrund der monotonen und repetitiven Tätigkeiten häufiger. All das führt zu einem Bedarf an regelmäßigen Anlernprozessen. Ein AR-Assistenzsystem erscheint als aussichtsreicher Ansatz, wobei die Gebrauchstauglichkeit besonders im Fokus stehen sollte, da wenig technische Kenntnisse vorausgesetzt werden können.

In this paper, we present a concept for an assistance system for public transport passengers currently being developed for Kassel, Germany, and its surrounding area. The assistance system aims at increasing the attractiveness of local public transport by reducing barriers to use, thus promoting sustainable travel behavior. Three main barriers were identified: crowded vehicles, missed connections, and inconveniences in the transportation of shopping bags and luggage. To tackle these issues, three assistance system services were conceptualized: the occupancy rate informing passengers about the occupancy level of vehicles, the transfer connection monitor and secure system giving passengers the option to communicate transfer connection requests, and the delivery service allowing the use of public transport while shopping without the need to transport purchased goods. The three services are presented in detail along with the user interfaces they will be integrated into. Moreover, for the further implementation of the assistance system, a user requirement analysis is outlined. We finally give an overview and outlook regarding the implementation and evaluation of the concept in laboratory studies and a one-year field study.

Autonome mobile Roboter fahren zunehmend im öffentlichen Raum. Mögliche Konflikte zwischen der Fahrroute des Roboters und den Laufrouten der Passanten müssen so aufgelöst werden, dass die Passanten sich nicht gestört oder gefährdet fühlen und der Roboter dennoch effizient sein Ziel erreicht. Dazu wird eine Studie präsentiert, die nonverbale Kommunikation von Bewegungsabsichten mittels Blicken bzw. Kopfbewegungen im Feld erprobt. Bestehende Erkenntnisse aus künstlichen Szenarien und Laborstudien sowie zum menschlichen Verhalten werden im halböffentlichen Raum eines Einkaufszentrums einer Felderprobung unterzogen sowie vorläufige Ergebnisse präsentiert.

Flugroboter werden immer mehr im industriellen Bereich eingesetzt. Einsatzfelder sind dabei z. B. Inspektionen von schwer zugänglichen Bereichen oder die automatisierte Durchführung von Inventuren in Großlagern. Für die Steuerung solcher Flugroboter steht zumeist eine klassische Remote Control (RC) zur Verfügung, mit der die Freiheitsgrade des Flugroboters über zwei Joysticks gesteuert werden können. Eine solche Steuerung neben der eigentlichen Arbeitsaufgabe zu beherrschen ist für ungeübte Personen nahezu unmöglich. Auf der anderen Seite bietet eine Gestensteuerung eine intuitive und leicht erlernbare Möglichkeit Roboter zu steuern, die natürliche menschliche Kommunikations- und Handlungsweisen berücksichtigt. Daher wurde eine auf Gesten basierende Steuerung für Flugroboter entworfen, die als Ersatz für eine RC dienen kann. Dieser Beitrag stellt das methodische Vorgehen und die Ergebnisse einer nutzerbasierten Evaluation dar, in der Probanden mit einer RC und der entworfenen Gestensteuerung einfache Flugaufgaben lösen sollten. Ziel war insbesondere die Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit und der Intuitivität der beiden Steuerungen.

Der Beitrag beschreibt das Forschungsprojekt Robotair, dessen Ziel die Entwicklung und Evaluation eines prototypischen, kostengünstigen Boden-Luft-Servicerobotersystems ist. Das System wird für die Detektion und Ortung von Druckluftleckagen zwecks nachhaltiger Ressourcen- und Energienutzung sowie für die Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren zur Sicherstellung gesunder Arbeitsbedingungen verwendet. Es besteht aus einem teleoperiert fliegenden und einem teilautonom fahrenden Roboter, die beide mit sensorischer Nutzlast ausgestattet sind, sowie einem mobilen Leitstand. Dort wird aus den Sensorsignalen ein aussagekräftiges Lagebild erstellt und dem Nutzer visualisiert. Insbesondere wird die Mensch-Roboter-Interaktion zur Planung, Überwachung und Dokumentation der Inspektionsaufgaben sowie die Teleoperation des Flugroboters durch einen menschlichen Operator vorgestellt. Die Teleoperation soll menschliche Fähigkeiten synergetisch in das System integrieren und wird eingesetzt, falls der Mensch in der Lage ist, bei der Bearbeitung einer Aufgabe bessere Ergebnisse zu erzielen. Zur Unterstützung der Teleoperation wird u. a. eine Datenbrille eingesetzt, die relevante Daten in einer Augmented-Reality-Umgebung visualisiert

Für einen mobilen Leitstand eines Servicerobotiksystems wurde ein digitaler Prototyp der zugehörigen Benutzungsschnittstelle erstellt. Dieser wurde einer Evaluation in Form eines Usability Walkthrough unterzogen. 15 Teilnehmer führten typische Aufgaben durch, während sie ihre Gedanken laut äußerten. Dabei wurden Verbesserungspotentiale der vorgesehenen Funktionalitäten und der graphischen Darstellung ermittelt und dokumentiert. Diese dienten anschließend zur Überarbeitung des Konzepts und der Gestaltung der prototypischen Benutzungsschnittstelle. Es werden sowohl die Evaluation und ihre Ergebnisse als auch die daraus abgeleitete angepasste Gestaltungslösung präsentiert.

Im Rahmen des Förderprogramms AUTONOMIK des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie wurde in einem Konsortium aus neun Projektpartnern der Prototyp eines autonomen mobilen Roboters zur Gaslecksuche in ausgedehnten Industrieanlagen entwickelt. Anhand verschiedenartiger Sensorik zur Selbstlokalisation und Navigation wurde die autonome Beweglichkeit des Systems für beliebige Anlagen realisiert, mit der Option anhand von Teleoperation manuell in den Prozess einzugreifen. Ausgestattet mit Video- und Gasfernmesstechnik ist der Roboter imstande, Inspektionsaufgaben in Industrieanlagen durchzuführen, ohne in mögliche Gefahrenbereiche direkt einfahren zu müssen und ohne, dass ein Mensch vor Ort anwesend ist. Der Roboter kann zur routinemäßigen Inspektion von Anlagen oder zur gezielten Untersuchung spezifischer Anlagenteile eingesetzt werden. Dank der verwendeten Fernmesstechnik können auch Anlagenteile inspiziert werden, die aufgrund ihrer beschränkten Zugänglichkeit mittels herkömmlicher Messtechnik nur schwer zu inspizieren sind.

Ziel des Forschungsprojektes Robot air ist die Entwicklung und Evaluation eines Servicerobotersystems zur Detektion und Ortung von Druckluftleckagen und zur Erfassung von Arbeitsumgebungsfaktoren. In einem Produktionsunternehmen wurden leitfadengestützte Interviews und Begehungen zur Erhebung des Status quo und des Bedarfs für Inspektionen durchgeführt. Auf dieser Grundlage wurde in einem Workshop mit den Projektpartnern ein Anforderungskatalog erstellt. Basierend auf den Anforderungen und einer Aufgabenanalyse zur Detektion und Ortung von Druckluftleckagen wurde eine Aufgabenteilung zwischen Mensch und Robotersystem vorgenommen.

Purpose – To avoid harm to humans, environment, and capital goods, hazardous or explosive gases that are possibly escaping from industrial and infrastructure facilities of the gas and oil processing industry have to be detected and located quickly and reliably. Project RoboGasInspector aims at the development and evaluation of a human-robot system that applies autonomous robots equipped with remote gas detection devices to detect and locate gas leaks. This article aims to focus on the usability of telemanipulation in this context. Design/methodology/approach – This paper presents four user studies concerning human-robot interfaces for teleoperation in industrial inspection tasks. Their purpose is to resolve contradictory scientific findings regarding aspects of teleoperation and to verify functionality, usability, and technology acceptance of the designed solution in the actual context of use. Therefore, aspects concerning teleoperation that were separately examined before are evaluated in an integrated way. Considered aspects are influence of media technology on telepresence, simulator sickness and head slaved camera control, usability of different input devices for telemanipulation, and identification of intuitive gestures for teleoperation of mobile robots. Findings – In general, the implemented interaction concepts perform better compared to conventional ones used in contemporary, actually applied robot systems. Otherwise, reasons are analyzed and approaches for further improvements are discussed. Exemplary results are given for each study. Originality/value – The solution combines several technical approaches that are so far separately examined. Each approach is transferred to the innovative domain of industrial inspections and its applicability in this context is verified. New findings give design recommendations for remote workplaces of robot operators.

Vorwissen, das die Grundlage einer intuitiven Interaktion darstellt, kann verschiedene Quellen haben. Gesten, die zur Steuerung eines mobilen Roboters herangezogen werden können, können ihren Ursprung in Alltagserfahrungen haben, wie beispielsweise dem Weg-weisen, und werden durch die relativ häufige Verwendung meistens unbewusst angewendet. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung von erlernten Gesten, die nicht zum intuitiven Gestenvokabular gehören, eine potentielle Fehlerquelle darstellen. In einem Experiment mit zehn Versuchspersonen wurden im ersten Durchlauf intuitive Gesten ermittelt, um im zweiten Versuchsdurchlauf durch erlernte Gesten ersetzt zu werden. Die Durchführungszeit sowie die Anzahl der Kollisionen und der Abweichungen von den vorgegebenen Gesten wurden dabei ermittelt und dienten als Effizienz- und Zuverlässigkeitsindikatoren. Im Ergebnis wurden Empfehlungen für die Auswahl von Gesten zur Steuerung mobiler Roboter abgeleitet.

Lots of industrial plants are regularly inspected for irregularities such as gas leaks. This is done by plant personnel via visual, aural, olfactory, and gas detector based search. Mobile robots equipped with several sensors are an opportunity to free personnel from this monotone repetitive task. A task- and user-centered design approach was chosen to assure an efficient and effective human-robot in-teraction and to enhance the acceptance of the developed human-machine system. In the first step, current practices were surveyed and analyzed. Then, system requirements were derived and technically realized, to iteratively evaluate their usability. This article illustrates this design approach by exemplarily present-ing requirements and their realization.

Dieser Beitrag beschreibt anhand eines konkreten Anwendungsfalls aus dem Bereich der Robotik, wie die Fähigkeiten des Menschen bei der Gestaltung einer Head-Mounted-Display-basierten Mensch-Roboter-Schnittstelle technisch umgesetzt werden können. Den inhaltlichen Rahmen bildet das Forschungsprojekt RoboGasInspector, dessen Ziel es ist, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit mobilen und mit Gasfernmesstechnik ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln und zu evaluieren, welches die Detektion und Ortung von Gaslecks in räumlich ausgedehnten technischen Anlagen weitgehend autonom bewältigt. Nach aktuellem Stand von Forschung und Entwicklung kann ein technisches System insbesondere in dynamischen Umgebungen nicht absolut fehlerfrei und ausfallsicher realisiert werden. Aus Gründen der Akzeptanz und der Anlagensicherheit ist deshalb eine Überwachung der mobilen Roboter erforderlich, die sich teilautonom durch die Anlage bewegen. Das Systemkonzept sieht eine zentrale Leitwarte mit zwei Benutzungsschnittstellen vor. Die eine Schnittstelle dient der Planung, Überwachung und Dokumentation der autonomen Funktion des Systems und die andere der Teleoperation des Roboters durch einen menschlichen Operator. Die Teleoperation soll menschliche Fähigkeiten synergetisch in das weitgehend automatisierte System integrieren und wird eingesetzt, falls der Mensch in der Lage ist, bei der Bearbeitung einer Aufgabe bessere Ergebnisse zu erzielen. Zur Unterstützung der Teleoperation wird ein Assistenzsystem eingesetzt, das dem Operator die visuellen Informationen liefert, die er benötigt um bei der Steuerung des Roboters am entfernten Einsatzort sein Situationsbewusstsein aufrechtzuerhalten. Das Assistenzsystem besteht aus einem Head-Mounted Display zur Ausgabe augmentierter Videobilder, die von einem Stereokamerasystem auf dem Roboter aufgezeichnet werden. Die Gestaltung der Teleoperationsunterstützung zielt darauf ab, dem Nutzer das Gefühl zu vermitteln mit den eigenen Augen aus der Perspektive des Roboters zu sehen bzw. im Sinne einer Telepräsenz selber vor Ort zu sein. Dazu wird bei der technischen Umsetzung von den menschlichen Fähigkeiten ausgegangen. Analogien zwischen technischen Parametern und quantitativen Maßen menschlicher Fähigkeiten werden genutzt, in dem die Parameter den zugehörigen Maßen angenähert werden. Eine Auswahl dieser Analogien wird in diesem Beitrag wiedergegeben und die Nachempfindung der menschlichen Wahrnehmung und Motorik durch Gegenüberstellung quantitativer Wertpaare beurteilt.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins ist die korrekte Wahrnehmung und Interpretation der Umgebung mit ihren Elementen und Veränderungen. Die entscheidende Rolle spielen dabei die Umgebungsreize, die der Mensch unmittelbar aufnehmen kann. Im Fall einer Fernüberwachung, die über eine Benutzungsschnittstelle und damit indirekt erfolgt, kann die Wahrnehmung beispielsweise aufgrund des eingeschränkten Sichtfeldes, der Qualität übertragener Videodaten und der Tatsache, dass nur ein Teil menschlicher Modalitäten angesprochen wird, wesentlich beeinträchtigt werden. Durch eine gezielte Gestaltung der Benutzungsschnittstelle und die gezielte Entwicklung von Assistenzfunktionen zur Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins soll diesen Herausforderungen bei der Überwachung autonomer mobiler Roboter begegnet werden.

Inhalt dieses Beitrags ist die Gestaltung einer kopfbewegungsbasierten Steuerung für ein schwenk- und neigbares Kamerasystem. Es wird ein Überblick über die Anwendung und die technische Realisierung gegeben sowie die Ergebnisse einer ersten Evaluation vorgestellt, die den Vergleich mit konventionellen Eingabegeräten und die Anfälligkeit für das Auftreten der Simulatorkrankheit untersucht.

Viele industrielle Anlagen werden regelmäßig durch Mitarbeiter begangen und visuell, auditiv, olfaktorisch sowie zum Teil auch messtechnisch auf Unregelmäßigkeiten, zum Beispiel austretende Gase, geprüft. In dem hier vorgestellten Ansatz sollen mit Gasfernmesstechnik ausgestattete mobile Roboter den Menschen von dieser monotonen repetitiven Aufgabe entlasten. Um die effektive und effiziente Mensch-Roboter-Interaktion zur Aufgabenausführung sicherzustellen und die Akzeptanz des Mensch-Maschine-Systems zu erhöhen, wurde ein aufgaben- und nutzerorientiertes Vorgehen gewählt.

High technical know-how is needed to automate a manually conducted task. During the system design process the main focus is usually put on the engineering part, but the involvement of users, their knowledge, workflow, and mental models are rarely considered. The resulting technical system is fully functional, but insufficiently accepted by the users. As an example of user involvement in requirements analysis, we present a conceptual design of a system with autonomous mobile robots for inspection of gas pipes in large technical plants. In addition to user observation and task analysis, a questionnaire for elicitation of user requirements has been developed. The questionnaire inquires the operators’ knowledge and flow of work during the inspection planning and conducting, the impact of environmental parameters, subjective difficulties, and anticipation of advantages of using the system. The resulting implications for the development and design of human-computer-interface as well as human-robot-interaction are introduced.