Optimierte Entwurfsverfahren für haptische Systeme durch systematische Berücksichtigung von Wahrnehmungs- und Ergonomieaspekten

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Hatzfeld
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247646622

Ziel der Arbeit ist die Erweiterung der bestehenden Entwurfsmethodik für haptische Systeme durch eine systematische Berücksichtigung ergonomischer Aspekte und der Wahrnehmungsfähigkeit des Menschen im Entwurfsprozess. Hierzu soll ein geeignetes Interaktionsmodell für vier Anwendungsgebiete (Kommunikationsanwendungen, Darstellung virtueller Umgebungen, nicht-invasive medizinische Anwendungen und Telepräsenzsysteme) entwickelt werden, das eine Ableitung geeigneter Gütekriterien für anwendungsspezifisch entwickelte Systeme ermöglicht. Dazu ist eine Aufteilung in die Verifikation gegenüber den Anforderungen und eine Validierung der Funktion vorgesehen. Im Rahmen eigener Arbeiten konnte die haptische Transparenz als aussagekräftiges Kriterium zur Beurteilung der haptischen Rückmeldung identifiziert werden, das zudem eine Optimierung des Systems gegenüber anderen Kriterien wie z.B. der Stabilität ermöglicht. Damit kann die Verifikation eines Systems komplett ohne Nutzerstudien durchgeführt werden, diese sind nur noch für die Validierung der Funktion durch die im Rahmen des beantragten Projekts ermittelten Gütekriterien nötig. Damit wird der Entwicklungsprozess zeitlich verkürzt. Basis für diese Evaluationsmethodik sind an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Anforderungen an das System und eine möglichst akkurate Beschreibung des Nutzers und der durch das System abzubildenden Interaktion. Ausgehend von Vorarbeiten des Antragsstellers zeigen sich hier die mechanische Impedanz des Nutzers und die absoluten und differentiellen Wahrnehmungsschwellen des Nutzers als relevante Größen. Es soll daher ein effizientes Messsystem zur Ermittlung der mechanischen Nutzerimpedanz und relevanter Wahrnehmungskennlinien entworfen werden. Die Regelung des Systems soll auf kinematischen Größen beruhen, da diese geringere Streuungen und eine höhere Genauigkeit der Ergebnisse ermöglichen. Eine weitere Effizienzsteigerung ist durch die Auswahl eines geeigneten psychometrischen Verfahrens zu erwarten. Hier kann ebenfalls auf Vorarbeiten des Antragsstellers zurückgegriffen werden. Da die Wahrnehmung von Kräften und kinematischen Größen über die mechanische Impedanz miteinander verknüpft ist, sollen mit Hilfe des entwickelten Messsystems Einflussparameter auf die mechanische Impedanz des Nutzers in einer Probandenstudie analysiert werden. Ziel ist die Identifikation von externen Größen, die einen Einfluss auf die mechanische Impedanz und daher auch auf die Wahrnehmungsfähigkeiten des Menschen haben. Die identifizierten Einflussparameter sollen so aufbereitet werden, dass sie von Entwicklern aufgabenspezifischer haptischer Systeme zur Optimierung genutzt werden können. So sind z.B. bestimmte Griffhaltungen oder definierte Mindestkontaktkräfte möglich, die eine Änderung der Impedanz, eine daraus bedingte niedrigere Empfindlichkeit des Nutzers und damit geringere Anforderungen an das System ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Roland Werthschützky