| الوصف: |
In this thesis, a human-machine cooperation scheme is presented which increases task performance and feeling of presence in haptic telepresence at the same time. The goal is to assist the operator in telepresent task execution by means of an intelligent teleoperator. Thereby, performance and transparency losses shall be reduced, which are typically induced by unavoidable technical imperfections of the telepresence system. The approach is based on the insight that current robots can perform simple manipulation tasks more precisely in an autonomous way than a human. This lays the foundation for an effective collaboration between human and robot. While the human operator has the ability to execute tasks in a responsible, flexible, and creative manner, the robot can tirelessly perform precise manipulations. The presented solution does not require the human operator to explicitly trade the control between the robot and himself. Instead, a natural collaboration between human and robot takes place. Three prerequisites must be fulfilled to allow for effective assistance: Firstly, the manipulation task which the operator intends to perform must be estimated by the teleoperator. Secondly, the teleoperator must have a precise plan to implement the manipulation task. And finally, there must be a method to smoothly combine the motions of the operator with the motions planned by the teleoperator. All these requirements are addressed in the thesis: The intended manipulation task is estimated based on a human operator model. This model interacts with a camera-based identification of the target environment which is used for task planning. Finally, the motions of human operator and teleoperator are fused by a passivity maintaining controller. Die in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren ermöglichen eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Wirklichkeitsnähe von haptischen Telepräsenzsystemen durch den Einsatz eines Mensch-Maschine-Kooperationsschemas. Das Ziel besteht darin, den Operator durch lokale Intelligenz des Teleoperators in der Durchführung von telepräsenten Arbeiten zu unterstützen. Dadurch sollen die Verluste bzgl. Performanz und Transparenz, die wegen technischer Unzulänglichkeiten des Telepräsenzsystems unvermeidlich sind, ausgeglichen werden. Der Arbeit liegt die Erkenntnis zugrunde, dass heutige Roboter einfache Manipulationsaufgaben autonom präziser durchführen können als ein Mensch. Dadurch ist die Grundlage für eine effektive Kooperation zwischen Mensch und Roboter gegeben, bei der die menschlichen Fähigkeiten zur verantwortungsvollen, flexiblen und kreativen Aufgabenplanung mit der Fähigkeit des Roboters, präzise Manipulationen ermüdungsfrei durchzuführen, kombiniert werden. Bei der vorgestellten Lösung ist es nicht erforderlich, dass der Mensch diese Aufgabenteilung explizit steuert, sondern es findet eine natürliche Kooperation zwischen Mensch und Roboter statt. Zur wirksamen Assistenz müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein: 1. Die Manipulationsaufgabe, die der Operator durchzuführen beabsichtigt, muss vom Teleoperator geschätzt werden. 2. Der Teleoperator muss einen präzisen Plan zur Durchführung seiner Aufgabe haben. 3. die Bewegungen des Operators müssen mit den vom Teleoperator geplanten Bewegungen in Einklang gebracht werden können. Diese drei Problemstellungen werden in der vorliegenden Arbeit eingehend betrachtet. Zur Bestimmung der Manipulationsabsicht wird ein modellbasierter Schätzer verwendet. Dieser steht in Wechselwirkung zu einer bildbasierten Erkennung der Zielumgebung, die zur Aufgabenplanung verwendet wird. Schließlich werden die Bewegungen von einem Passivität gewährleistenden Regler fusioniert. |
