Der Mensch und sein Roboter von der Assistenz zur Kooperation · Lehrstuhl für Ergonomie...
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Technische Universität MünchenLehrstuhl für Ergonomie
Der Mensch und sein Roboter
von der Assistenz zur Kooperation
Prof. Dr. phil. Klaus Bengler
Lehrstuhl für Ergonomie
Technische Universität München
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Roboter …
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 2
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COTESYS
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 5
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Roboter• Definition nach VDI-Richtlinie 2860
„Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs-und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“
• Definition nach Robot Institute of America (RIA)„Ein Roboter ist ein programmierbares Mehrzweck-Handhabungsgerät für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten. Der frei programmierbare Bewegungsablauf macht ihn für verschiedenste Aufgaben einsetzbar.“
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Fragestellungen• Welche Hauptgründe sprechen für den Einsatz von Robotern und
Automatisierungstechnik?
• Wie verändern sich die Arbeitsaufgaben des Menschen durch den Einsatz von Robotern?
• Was spricht für die Entwicklung von Mensch-Roboter-Kooperationen?
• Was sagt das von Yerkes und Dodson formulierte Gesetz in diesem Zusammenhang?
• Welche Rolle spielt die Ergonomie bei der Entwicklung von Mensch-Roboter-Kooperationen?
• Welche Faktoren haben einen Einfluss auf die Akzeptanz von Mensch-Roboter-Kooperationen?
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Mensch-Maschine-Interaktion
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Automatisierung – Eine DefinitionAutomatisierung im ProduktionsumfeldDie mit Hilfe von Maschinen realisierte Übertragung von Arbeit vom Menschen auf Automaten, üblicherweise durch technischen Fortschritt.
Quelle: http://www.alzmetall.de/alzmetall/index.php?id=automatisierung
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Automatisierte Lösung ist wirtschaftlicher als der Einsatz von Menschen.
Hauptgrund 1 – Wirtschaftlichkeit
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• Einsparung von Personalkosten im Gesamtproduktionsprozess (hohe Personalkosten in Deutschland)
• Steigerung der Produktivität (Quantität)
• Steigerung der Produktqualität
• Einsparung von Material, Energie und Herstellungszeit (Effizienz)
• Beherrschung zunehmend komplexerer Prozesse
• Einsparung von Personalkosten im Gesamtproduktionsprozess (hohe Personalkosten in Deutschland)
• Steigerung der Produktivität (Quantität)
• Steigerung der Produktqualität
• Einsparung von Material, Energie und Herstellungszeit (Effizienz)
• Beherrschung zunehmend komplexerer Prozesse
Betriebswirtschaftliche Effekte
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Die Arbeitsprozesse erfüllen nicht die Mussanforderungen, sind also nicht
ausführbar/erträglich.
Hauptgrund 2 – Humanitärer Aspekt
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Gründe für die AutomatisierungMussanforderungen von Arbeit
„ausführbar und erträglich“
Sollanforderungen von Arbeit
„zumutbar und persönlichkeitsförderlich“
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Nicht ausführbare, nicht erträgliche Arbeitsprozesse• Vom System geforderte Fähigkeiten lassen
den Einsatz des Menschen nicht zu
• Grenzen der sensorischen Leistungsfähigkeit des Menschen werden überschritten
• Die psychomotorische Leistungsfähigkeit des Menschen reicht nicht aus (z.B. präzise Steueraufgaben)
• Gleichzeitigkeit von anfallenden Aufgaben mit hohen Leistungsanforderungen
• Informationsverarbeitungskapazität des Menschen wird durch die Komplexität der Aufgabe überschritten
• Die Sicherheit des Menschen oder des Systems ist nicht gegeben
• Vom System geforderte Fähigkeiten lassen den Einsatz des Menschen nicht zu
• Grenzen der sensorischen Leistungsfähigkeit des Menschen werden überschritten
• Die psychomotorische Leistungsfähigkeit des Menschen reicht nicht aus (z.B. präzise Steueraufgaben)
• Gleichzeitigkeit von anfallenden Aufgaben mit hohen Leistungsanforderungen
• Informationsverarbeitungskapazität des Menschen wird durch die Komplexität der Aufgabe überschritten
• Die Sicherheit des Menschen oder des Systems ist nicht gegeben
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Nicht zumutbare, nicht persönlichkeitsförderliche ArbeitsprozesseAutomatisierung zum Abbau von Überforderung:
• bei Aufgaben, die zur Sättigung in einem oder mehreren Wahrnehmungskanälen führen
• zur Begrenzung der Zahl an zu bearbeitenden Aufgaben pro Zeitintervall
• um die Zahl der (konkurrierenden) Parallelaufgaben zu begrenzen
• um die Zahl der „zu merkenden“ Informationen/Ereignisse zu begrenzen
• bei Aufgaben mit Schrittfolge und Zeittaktung
• bei sich ständig wiederholenden (repetitiven) Aufgaben
Automatisierung zum Abbau von Überforderung:
• bei Aufgaben, die zur Sättigung in einem oder mehreren Wahrnehmungskanälen führen
• zur Begrenzung der Zahl an zu bearbeitenden Aufgaben pro Zeitintervall
• um die Zahl der (konkurrierenden) Parallelaufgaben zu begrenzen
• um die Zahl der „zu merkenden“ Informationen/Ereignisse zu begrenzen
• bei Aufgaben mit Schrittfolge und Zeittaktung
• bei sich ständig wiederholenden (repetitiven) Aufgaben
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Nicht zumutbare, nicht persönlichkeitsförderliche ArbeitsprozesseAutomatisierung zum Abbau von Unterforderung:
• bei Überwachungsaufgaben mit niedriger Ereignisrate
• bei selten durchzuführenden Aufgaben
• bei Routineaufgaben, die einfach zu automatisieren wären
• bei langweiligen und demotivierenden Aufgaben
Automatisierung zum Abbau von Unterforderung:
• bei Überwachungsaufgaben mit niedriger Ereignisrate
• bei selten durchzuführenden Aufgaben
• bei Routineaufgaben, die einfach zu automatisieren wären
• bei langweiligen und demotivierenden Aufgaben
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Eigenschaften automatisierter AnlagenVerbesserungen Verschlechterungen
Unfallgefahren Größere Distanz zu Gefahrenquellen reduziert das Unfallrisiko
Instandhalter sehen sich neuen Gefahren ausgesetzt (aktuell: MRK)
Umweltfaktoren Belastung durch Umweltfaktoren wg. größerer Distanz gemindert (Hitze, Schmutz, Staub)
Neue Lärmquelle (allerdings auf Grund der Schallausbreitung unkritisch)
Körperliche Belastung Reduktion schwerer, einseitig belastender Arbeiten Entwicklung einseitiger Belastung bei Resttätigkeiten (z.B. Bestücken)
Psychische BelastungGebundenheit an Maschinen kann reduziert werdenVielfältigeres Aufgabenspektrum vorstellbar (Monitoring, Programmierung, etc.)
Erhöhte Gefahr von Monotonie bei ResttätigkeitenInspektion/Monitoring bedarf einer großen KonzentrationNäher an den Takt gebunden
ArbeitsverhältnisEntfall der NachtschichtArbeitsplatzsicherheit durch erhöhte Wettbewerbsfähigkeit
Gefahr des ArbeitsplatzverlustesSchichtzeiten könnten verlängert werden
Arbeitsinhalt, Autonomie, persönlichenEntwicklung, Arbeitsumfang
Mehr Möglichkeiten zu Planungs- und EntscheidungstätigkeitenGrößerer Arbeitsumfang durch job enrichment
Reduktion der eigenen Fähigkeiten (insbesondere im Umgang mit Werkzeugen)Schwierige manuelle Tätigkeiten bleiben
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Eigenschaften des MenschenVorteile Nachteile
Fähigkeit der Urteilsbildung Unzuverlässig
Fähigkeit, Teile zu lokalisieren(sehen und fühlen)
Hohe Ausbildungs- und Trainingskosten
Fähigkeit, auf Ereignisse zu reagieren Fehlzeiten durch Krankheit
Fähigkeiten, Tätigkeiten zu wechseln, ohne neu „programmiert“ zu werden
Keine Handhabung schwerer Teile oder von Gefahrenstoffen
Flexibel einsetzbar Ermüdungserscheinungen
Überblick über mehrere Anlagen Beschränkte geistige und physische Kapazitäten
Benötigt keine „Instandhaltung“ Unzufriedenheit bei monotonen Arbeitsabläufen
Hohe Variabilität beim Arbeitsergebnis
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Abhängigkeit der Leistung vom Grad der Erregung (Yerkes-Dodson Law, 1908)
Sowohl bei Überforderung als auch bei Unterforderung sinkt die Zuverlässigkeit des Menschen
Sowohl bei Überforderung als auch bei Unterforderung sinkt die Zuverlässigkeit des Menschen
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Fahrzeugsystemtechnik:Entwurf von Fahrzeugsystemen
Yerkes-Dodson-Law (1908)
Arousal ist wichtig für die Steuerung des Bewußtseins, der Aufmerksamkeit und der Informationsverarbeitung
“unsere Motivation ziele darauf ab, ein optimales, vermutlich mittleres Aktivierungsniveau aufrechtzuerhalten.“
(Bourne, Ekstrand. Einführung in die Psychologie, 2001)
Arousal ist wichtig für die Steuerung des Bewußtseins, der Aufmerksamkeit und der Informationsverarbeitung
“unsere Motivation ziele darauf ab, ein optimales, vermutlich mittleres Aktivierungsniveau aufrechtzuerhalten.“
(Bourne, Ekstrand. Einführung in die Psychologie, 2001)
Arousal – Aktivierung, Erregung
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Ironies of Automation
“Automated systems still are man-machine systems, for which both technical and human factors are
important.” (Bainbridge, 1983)
“… the irony that the more advanced a control system is, so the more crucial may be the contribution of the
human operator.”
“Automated systems still are man-machine systems, for which both technical and human factors are
important.” (Bainbridge, 1983)
“… the irony that the more advanced a control system is, so the more crucial may be the contribution of the
human operator.”
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Automatisierung führt häufig zu ..• einer Verlagerung hin zu überwachenden Aufgaben
einer Behandlung von Ausnahmefällen (trouble shooting) im Gegensatz zur alltäglichen Interaktion
• Vigilanzproblemen (Hypovigilanz)
• Übungsverlust (Skill deterioration/skill degradation)
• Mode confusion
• Overreliance
• einer Verlagerung hin zu überwachenden Aufgabeneiner Behandlung von Ausnahmefällen (trouble shooting) im Gegensatz zur alltäglichen Interaktion
• Vigilanzproblemen (Hypovigilanz)
• Übungsverlust (Skill deterioration/skill degradation)
• Mode confusion
• Overreliance
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• …
• …
• …
• • 28/3/79 Three Mile Island Accident. A valve showed closed when it was stuck open
• • 14/2/90 A320 92 Dead Bangalore Engines in idle descent mode on approach; fell short of runway
• • 20/1/92 A320 87 Dead Strasbourg Confused descent mode resulting in controlled flight into terrain
• • 14/9/93 A320 2 Dead Warsaw Runway overrun as windshear on landing affected automatic braking systems
• • 7/2/01 A320 0 Dead Bilbao Heavy landing following turbulence on approach; crew attempted go around but automatic protection envelope prevented it
• • 30/6/94 A330 7 Dead Toulouse Ground impact following test flight takeoff due to misunderstanding of autopilot mode and overconfidence in aircraft abilities
• • 20/12/95 B757 160 Dead Cali Hit mountain after confusion over directional beacon in flight management system
• • 6/2/96 B757189 Dead Dominican Faulty airspeed indicator caused Republic confusion with autopilot
• • 15/4/02 B767 129 Dead S. Korea Struck mountain on circling approach after captain had taken over from autopilot and lost situation awareness
• …
• …
• …
• …
• …
• • 28/3/79 Three Mile Island Accident. A valve showed closed when it was stuck open
• • 14/2/90 A320 92 Dead Bangalore Engines in idle descent mode on approach; fell short of runway
• • 20/1/92 A320 87 Dead Strasbourg Confused descent mode resulting in controlled flight into terrain
• • 14/9/93 A320 2 Dead Warsaw Runway overrun as windshear on landing affected automatic braking systems
• • 7/2/01 A320 0 Dead Bilbao Heavy landing following turbulence on approach; crew attempted go around but automatic protection envelope prevented it
• • 30/6/94 A330 7 Dead Toulouse Ground impact following test flight takeoff due to misunderstanding of autopilot mode and overconfidence in aircraft abilities
• • 20/12/95 B757 160 Dead Cali Hit mountain after confusion over directional beacon in flight management system
• • 6/2/96 B757189 Dead Dominican Faulty airspeed indicator caused Republic confusion with autopilot
• • 15/4/02 B767 129 Dead S. Korea Struck mountain on circling approach after captain had taken over from autopilot and lost situation awareness
• …
• …
Beispiele:
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Automatisierung und ihre FolgenKlassisches Ziel der
Automatisierung
Ersatz des Menschen bei Fragestellungen der manuellen
Kontrolle, der Planungsvorbereitung und der Problemlösung
Notwendigkeit der Überwachung
Jedes hochautomatisierte System benötigt menschliche Bediener für
überwachende, regulierende, instand haltende, erweiternde und
verbessernde Maßnahmen
Auch hochautomatisierte Systeme sind stets Mensch-Maschine-Systeme
Solche Systeme müssen sowohl hinsichtlich der technischen Gestaltung als auch bzgl. der Mensch-Maschine-Schnittstelle optimal
ausgelegt werden
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 30
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Verändertes Aufgabenprofil für Operateure
Überwachende Aufgaben im Regelzustand
• Informationsbereitstellung• Kompatibilität• Rückmeldung
Übernahme bei Fehlentwicklungen
• Stress• unzureichende Übung• mangelnde Erfahrung
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 31
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Ironies of automation
Folge
Willkürlich entstandene Menge an Aufgaben für den Operateur
Schlecht gestaltete Aufgaben mit wenig Unterstützungshilfen
Daraus resultierendes Problem
Auch automatisiere Prozesse bedürfen einer Unterstützung durch den Menschen
Resttätigkeiten (keine automatisierte Lösung) müssen vom Menschen bewältigt werden
Grundannahme
Operateure sind unzuverlässig und nicht effizient genug Automatisierte Lösungen erhöhen die Zuverlässigkeit
Der versuchte Ausschluss des Menschen aus automatisierten Systemen erhöht seine Bedeutung im kritischen Fall
Der versuchte Ausschluss des Menschen aus automatisierten Systemen erhöht seine Bedeutung im kritischen Fall
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 32
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Lösungsansätze• Alarmsysteme für dringende Übernahmefälle
• Informationen direkt aus dem Prozess ablesbar gestalten (Gefahr von SW-basierten Anzeigen)
• Anzeige von Trends (kein alleiniger Abgleich gegen Grenzwerte)
• Nachvollziehbare Gestaltung von Lösungsstrategien des Computers
• Operateur im „Loop“ halten
• Alarmsysteme für dringende Übernahmefälle
• Informationen direkt aus dem Prozess ablesbar gestalten (Gefahr von SW-basierten Anzeigen)
• Anzeige von Trends (kein alleiniger Abgleich gegen Grenzwerte)
• Nachvollziehbare Gestaltung von Lösungsstrategien des Computers
• Operateur im „Loop“ halten
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 33
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Quelle: Human FactorsEngineeringWickens et al.
Der Mensch und sein Roboter 3511.02.2012
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Mensch-Roboter-Kooperation„Sich ergänzende Kooperationspartner“
(nach Thiemermann 2005)
Flexibilität bei der Aufgabenbearbeitung
Montage komplexer Bauteile
Integrierte Prozesskontrolle
Handhaben scharfkantiger, schwerer Lasten
Handhabung komplexer Bauteile
starker Partnerschwacher Partner
Mensch-Roboter-Kooperation11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 42
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MRKen in der Produktion – Motivation
Demografischer Wandel
Steigender Anteil an Kleinserien-produktionen
Unzureichende, klassische
Lösungsmöglich-keiten
ergonomischer Probleme in der
Produktion
Erweiterung und Veränderung des Normenwerkes
Zunahme des Durchschnittsalters der Erwerbstätigen um etwa fünf Jahre zwischen 2006 und 2013*
Verringerte körperliche Leistungsfähigkeit der Belegschaft (z.B. beim Handhaben von Lasten)
Klassische Lösungs-Ansätze reichen nicht aus, um ergonomische Probleme zu eliminieren
Weder Vollautomatisierung noch rein manuelle Lösungen liefern entsprechende Lösungen
Gültige Normen erlauben kombinierte Betrachtung
von Sicherheit und Effizienz
Definition einer erforderlichennachweisbaren Sicherheit (SIL:
Safety Integrity Level) notwendig
Berücksichtigung veränderter Eigenschaften von Rohmaterialien während des
Produktionsprozesses
Produktion mehrerer Variantenmit variablen Produktspe-
zifikationen auf einer Fertigungslinie
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 43
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Ergonomische Gestaltung derMensch Roboter Kooperation
Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems durch Bewegungsprädiktion
• Kalkulation wahrscheinlicher Bewegungsabläufe des Menschen
• Definition von prädiktiven Wahrscheinlichkeitsräumen
• Erkennen von sicherheitskritischen Bewegungen und Handlungen des Menschen
• Absichtserkennung aus Initialbewegungen des Menschen
Erhöhung der Effizienz des Gesamtsystems durch Bewegungsprädiktion
• Kalkulation wahrscheinlicher Bewegungsabläufe des Menschen
• Definition von prädiktiven Wahrscheinlichkeitsräumen
• Erkennen von sicherheitskritischen Bewegungen und Handlungen des Menschen
• Absichtserkennung aus Initialbewegungen des Menschen
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 44
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Ergonomische Gestaltung derMensch Roboter Kooperation
Gewährleistung der Akzeptanz unter den späteren Nutzern
• Definition von ergonomischen Sollvorgaben, um eine Beeinträchtigung des Nutzers zu vermeiden
• Einschränkung des adaptiven Verhaltens des Roboters auf ein akzeptables Niveau
Gewährleistung der Akzeptanz unter den späteren Nutzern
• Definition von ergonomischen Sollvorgaben, um eine Beeinträchtigung des Nutzers zu vermeiden
• Einschränkung des adaptiven Verhaltens des Roboters auf ein akzeptables Niveau
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 45
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Effizienz des Gesamtsystems durch BewegungsprädiktionProbleme des Status quo:
• sicherheitsgerichtete automatisierungstechnische Komponenten und Systeme meist durch redundante Lösungen gekennzeichnet
• Verwendung sehr zuverlässiger und daher teurer Komponenten
• Sicherheitseinrichtungen verringern die Produktivität (sicherer Zustand)
• Mensch als größter Risikofaktor
• Unzureichend genaue Erfassung von Menschen im Produktionsumfeld
Probleme des Status quo:
• sicherheitsgerichtete automatisierungstechnische Komponenten und Systeme meist durch redundante Lösungen gekennzeichnet
• Verwendung sehr zuverlässiger und daher teurer Komponenten
• Sicherheitseinrichtungen verringern die Produktivität (sicherer Zustand)
• Mensch als größter Risikofaktor
• Unzureichend genaue Erfassung von Menschen im Produktionsumfeld
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 46
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Effizienz des Gesamtsystems durch Bewegungsprädiktion
Idee:
Integration von Menschmodellen/Verhaltensmodellen des Menschen in die Online-Berechnung der Steuerstrategien der Roboters
• Modellierung menschlichen Bewegungsverhaltens
• Definition von Wahrscheinlichkeitsräumen
Idee:
Integration von Menschmodellen/Verhaltensmodellen des Menschen in die Online-Berechnung der Steuerstrategien der Roboters
• Modellierung menschlichen Bewegungsverhaltens
• Definition von Wahrscheinlichkeitsräumen
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 47
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Architektur des kooperierenden Systems
OAK1
Safety Controller
Sichere Sensorik
SAK²
Akt. Operator-konfiguration
Verhaltens-modellierung
Optimierung
²Strategische Automatisierungskomponente
Standard Controller
Webserver
Projekt ESIMIP Bayerische Forschungsstiftung
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 48
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Robotersteuerung auf Basis von Bewegungen
AllozentrischeSensorik
RGB-Kamerasim Birds-Eye-
View der Arbeitszelle
Sensorik am Roboter
Lage-Istwerte der einzelnen
Roboterachsen
Modellierung der Akteure
Beschreibungdes belegten
Volumens durch Mensch und
Roboter
Ableiten von Maßnahmen
Bestimmung der Abstände und
Folgerung geeigneter reaktiver
Maßnahmen
Roboter-steuerung
Einleiten einer der Situation
angemessenen Reaktion
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 49
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Modellierung der Akteure
Modellierung des Menschen
Modellierung des Roboters
zunehmender Detaillierungsgrad/zunehmende Komplexität
CAD-Modell
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 50
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Ableiten von MaßnahmenPositionsbestimmung der Körpersegmente
Mensch Roboter
markerbasiert markerlos
Gelenkwinkel des Roboters(z.B. zum Weltkoordinatensystem)
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 51
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Ableiten von MaßnahmenAbstandsberechnung zwischen Mensch und Roboter
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 52
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RobotersteuerungEinleiten einer der Situation angemessenen Reaktion• Frühzeitige Vermeidung von potenziellen
Kollisionen
• Einhalten eines ergonomisch begründeten Mindestabstands zwischen Mensch und Roboter
• Planung der Robotergeschwindigkeit auf Basis des aktuellen Abstands
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 53
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Bewegungstrajektorien – Hand/Arm
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 54
Bortot, 2011
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Bewegungstrajektorien - Begegnungen mit einem IndustrieroboterFrontale Begegnungen (insgesamt 450 Messungen)
[mm]
[mm]
Trajektorien einzelner Probanden
Mittelwert aller Probanden
Baseline
Bortot, 2011
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Laterale Begegnungen (insgesamt 180 Messungen)
[mm]
[mm]
Trajektorien einzelner Probanden
Mittelwert aller Probanden
Baseline
Bewegungstrajektorien - Begegnungen mit einem Industrieroboter
Bortot, 2011
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Bewegungstrajektorien - Begegnungen mit einem IndustrieroboterSchräg frontale Begegnungen (insgesamt 90 Messungen)
[mm]
[mm]
Trajektorien einzelner Probanden
Mittelwert aller Probanden
Baseline
Bortot, 2011
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Versuchsergebnisse• Eine generelle Beschreibung des menschlichen Bewegungs-
verhaltens in Abhängigkeit der Robotergeschwindigkeit ist nicht bzw. nur ungenau möglich (hohe Variabilität).
• Bei gleichbleibenden Robotertrajektorien sind höhere Robotergeschwindigkeiten unproblematisch.
• Probanden wählen bogenförmige Trajektorien um den Roboter mit einer durchschnittlichen Entfernung von 0,5m.
• 80% der Probanden fühlten sich nicht unsicher. zurückzuführen auf das nicht-adaptive Verhalten des Roboter
• Haben die Probanden hohes Vertrauen wegen der Sicherheitseinrichtung „Schaumstoffattrappe“?
• Probandenkollektiv: hohes Vertrauen in technische Systeme und wenig Erfahrung mit Industrierobotern
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 59
Technische Universität MünchenLehrstuhl für Ergonomie
Ergonomische Gestaltung derMensch Roboter Kooperation
Gewährleistung der Akzeptanz unter den späteren Nutzern
• Definition von ergonomischen Sollvorgaben, um eine Beeinträchtigung des Nutzers zu vermeiden
• Einschränkung des adaptiven Verhaltens des Roboters auf ein akzeptables Niveau
Gewährleistung der Akzeptanz unter den späteren Nutzern
• Definition von ergonomischen Sollvorgaben, um eine Beeinträchtigung des Nutzers zu vermeiden
• Einschränkung des adaptiven Verhaltens des Roboters auf ein akzeptables Niveau
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 60
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Einflussfaktoren auf die Akzeptanz von MRKen
Akzeptanz von MRKen
Geschwin-digkeit des Roboters
Abstand zwischen
Mensch und Roboter
Arbeitshöhe des Tool
Center Point
Bewegungs-bahnen
Annäherungs-winkel
Anmutung des Roboters
Größe des Roboters
Informations-austausch mit dem Roboter
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 61
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Wer fährt hier?
Kooperation in der Fahrer-Fahrzeug Interaktion der Zukunft
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 62
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Der klassische Fahrerplatz
Geprägt von der primärenFahraufgabe
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 63
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… Information und Assistenz
Geprägt von der primärenFahraufgabe und Integration
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 64
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Mensch-Maschine-Interaktion
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 65
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Autonome Fahrzeuge als State of the Art
www.focus.de
Geprägt vom fahrerlosen Fahrzeug
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 66
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Ironies of Automation …
“Automated systems still are man-machine systems, for which both technical and human factors are important.”
(Bainbridge, 1983)
“… the irony that the more advanced a control system is, so the more crucial may be the contribution of the human
operator.”
“Automated systems still are man-machine systems, for which both technical and human factors are important.”
(Bainbridge, 1983)
“… the irony that the more advanced a control system is, so the more crucial may be the contribution of the human
operator.”
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 67
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Der Mensch und sein Roboter
Mode Awareness
24 Vpen (19 männlich, 5 weiblich, 19-66 Jahre) Statischer Fahrimulator TUM
Fahrstrecke ca 24 km Autobahn (Baustellen, 18 Fahrstreifenwechsel und 26 Geschwindigkeitswechsel)
Dauer 1 ½ Stunden
Faktor Anzeige (mit/ohne)
Systemfehler werden simuliert(Automation reagiert hin und wiedernicht auf Schilder)
11.02.2012 68
Weißgerber, 2011
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Mode Awareness
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 69
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a) Trajektorie; b) Klammer; c) Rahmen
Untersuchte Anzeigekonzepte
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11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 71
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1144 1174 911 12730
500
1.000
1.500
2.000
2.500
MIT Anzeige OHNE Anzeige MIT Anzeige OHNE Anzeige
SCHILD TACHO
Blic
kdauer m
it 9
5%
-CI [
ms]
1945 1558 1123 10600
500
1.000
1.500
2.000
2.500
MIT Anzeige OHNE Anzeige MIT Anzeige OHNE Anzeige
SCHILD TACHOB
lickd
auer m
it 9
5%
-CI [
ms]
Blickverhalten - Vergleich Normalbetrieb Verzögern
Bei VersuchsbeginnBei Versuchsbeginn Nach ca. 25 min VersuchsdauerNach ca. 25 min Versuchsdauer
NormalbetriebVerzögern von 100 auf 80
NormalbetriebVerzögern von 120 auf 100
Keine Beeinflussung der Tachoblicke durch die Anzeige
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 72
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MIT Anzeige OHNE AnzeigeKein Schildblick 3 2Schildblick 7 11
7 11
3
2
0
4
8
12
16
20
24
Anza
hl V
ersu
chsp
erso
nen kein Fahrereingriff
Blick auf Schild
MIT Anzeige OHNE Anzeige
Kein Tachoblick 5 5
Tachoblick 5 8
5 8
5
5
0
4
8
12
16
20
24
An
zah
l Ve
rsu
ch
sp
ers
on
en
kein FahrereingriffBlick auf Tacho
Schild-/Tachoblicke im Fehlerfall „ohne Systemeingriff“
Bei Geschwindigkeitswechsel hilft
eine Anzeige, Fehlfunktionen früher
zu erkennen und einzugreifen
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 73
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Intentionserkennung durch Griffkraftmessung
11.02.2012 Der Mensch und sein Roboter 74
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Lösungsansätze …• Alarmsysteme für dringende Übernahmefälle
• Informationen direkt aus dem Prozess ablesbar gestalten (Gefahr von SW-basierten Anzeigen)
• Anzeige von Trends (kein alleiniger Abgleich gegen Grenzwerte)
• Nachvollziehbare Gestaltung von Lösungsstrategien des Computers/Fahrzeugs
• Fahrer im „Loop“ halten
• Alarmsysteme für dringende Übernahmefälle
• Informationen direkt aus dem Prozess ablesbar gestalten (Gefahr von SW-basierten Anzeigen)
• Anzeige von Trends (kein alleiniger Abgleich gegen Grenzwerte)
• Nachvollziehbare Gestaltung von Lösungsstrategien des Computers/Fahrzeugs
• Fahrer im „Loop“ halten
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Kooperatives Fahren bedeutet …• Beiderseitige Transition
(Die Rollenverteilung wird dynamisch jeweils neu zwischenFahrer und Fahrzeug vereinbart)
• ArbitrierungAuflösung von Konflikten
• Die jeweils nächsthöhere Ebene gibt die Ziele für die erfolgreiche Bearbeitung der tieferliegenden Ebene vor(Navigation->Manöver->Stabilisierung)
• Vorhersagbarkeit der Automationsfähigkeit und Nutzerverfügbarkeit
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Technische Universität MünchenLehrstuhl für Ergonomie
Technologien
Anforderung Technologie
Transition Intentionserkennung, Intentionsdarstellung
Arbitrierung Innovative Eingabekonzepte
Planung Systemintegration
Vorhersagbarkeit Nutzerverfügbarkeit
Fahrerzustandserkennung
Welche Technologien sind die enabler, um das Potenzial höherer Automationsgrade zu heben zu können?
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Technische Universität MünchenLehrstuhl für Ergonomie
Kooperatives Fahren könnte unter anderem bedeuten …
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Kooperative Systeme – ein Vergleich
Mensch-RoboterKooperation
kooperative Fahrerassistenzsysteme
IntentionSicherer Abstand vs.
Enge InteraktionErkennung und Deutung von
Intentionen
Kontakt !
Safe distanceExperimentell bestimmt,
abhängig vonRoboterbewegung
TTC
Kommunikation visuell, (verbal) Hauptsächlich visuell
Mehrparteien-systeme
Ein Mensch, ein Roboter
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Technische Universität MünchenLehrstuhl für Ergonomie
Thomas Weißgerber Dino Bortot
Daniel Damböck Martin Kienle
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Klaus Bengler