Robotik und Mensch-Maschine-Interaktion

Sowohl in der Industrie als auch im täglichen Leben nimmt die Verbreitung von Robotern stetig zu. Besondere Herausforderungen entstehen, sobald der Mensch sich im direkten Umfeld des Roboters befindet. Für eine erfolgreiche und sichere Interaktion zwischen Mensch und Roboter ist eine geeignete Umfelderfassung unabdingbar. Neben einer zuverlässigen Sensorik sind auf den Menschen abgestimmte Interfaces sowie intuitive Interaktionsstrategien nötig. Hierbei können wir am Fachgebiet Mess- und Sensortechnik auf unsere umfangreichen Kompetenzen im Hardware-Design sowie interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Psychologen, Arbeitswissenschaftlern und Medizinern aufbauen.

Interaktionen zwischen Mensch und Roboter sind oftmals weniger intuitiv für die menschliche Wahrnehmung im Vergleich zu einer Interaktion mit einem anderen Menschen. Unsere Forschung beschäftigt sich mit der Verbesserung dieser Schnittstelle, indem u.a. menschliches Verhalten analysiert und auf den Roboter übertragen wird.

Ein weiterer Faktor, der bei der Bedienung oder in Kooperation mit einem Roboter eine entscheidende Rolle spielt, ist ein bidirektionaler Informationsaustausch. Geeignete Schnittstellen zur Informationsvermittlung bilden somit die Basis einer erfolgreichen Interaktion. Als Ergänzung zu visuellen Informationen greifen wir insbesondere auf haptisches Feedback zurück.

Vibrotaktiles Feedback kann gut zur Ergänzung oder als Ersatz für visuelle Reize verwendet werden. Durch eine geeignete Anordnung der Vibrationsaktorik können dem Menschen bspw. auch Richtungsinformationen dargestellt werden. Im Rahmen einer Kooperation eröffnet ein solches Interface einen Informationskanal, über den der Roboter dem Menschen intuitiv verständliche Signale zukommen lassen kann.

Das hier dargestellte Armband verwendet so genannte vibrotaktile Illusionen, um mit nur vier Aktoren Vibrationen um den gesamten Armumfang zu erzeugen. Weitere Informationen dazu in der zugehörigen Veröffentlichung.

Damit der Roboter während einer Interaktion angemessen auf den Menschen reagieren kann, muss dessen Verhalten messtechnisch erfasst werden. Dazu gehört bspw. die Bewegungserfassung (Motion Capture) mittels inertialer Messeinheiten (IMUs).

In seiner Bachelorarbeit konstruierte Felix Herbst diesen Prototypen eines 3D-gedruckten Sechs-Achs-Roboters, der mittlerweile in dritter Generation vielfach repliziert wurde. Ausführliche Informationen zum Hintergrund im Artikel von Mareike Hochschild.

Im Gegensatz zu Robotern mit konventionellen, diskreten Gelenken zeichnen sich Kontinuumsroboter durch ihre deplatzierten Gelenke aus. Kontinuumsgelenke benötigen keine diskrete Lagerung im klassischen Sinne und lassen sich deshalb hervorragend miniaturisieren. Die Anwendungsbereiche der Kontinuumsroboter sind vielfältig und reichen von der Untersuchung unwegsamer Gebiete über Objektmanipulation bis hin zum invasiven medizintechnischen Einsatz.

Exoskelette sind tragbare robotische Systeme, die den Menschen hinsichtlich Leistung und Zielsicherheit unterstützen können. Ein robotisches System am menschlichen Arm kann bspw. die Kraft und Genauigkeit sowohl eines gesunden als auch eines körperlich eingeschränkten Menschen verbessern. Die Vorteile aus beiden Welten vereint, lassen sich intelligente Mensch-Maschine-Systeme entwickeln zur Leistungsunterstützung, der Rehabilitation, der Teleoperation oder zur haptischen Interaktion in Szenarien der Virtual Reality.