Multi-modal user interfaces in teleoperation

  • Multimodale Mensch-Maschine Schnittstellen in der Teleoperation

Benz, Tobias Michael; Nitsch, Verena (Thesis advisor); Deml, Barbara (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Hintergrund. Teleoperation findet Anwendung in einem weiten Spektrum, welches von minimal-invasiver Teleoperation bis hin zu Rettungsmissionen reicht. Während autonomen Systemen die menschliche Flexibilität fehlt, ermöglicht die Teleoperation die Anpassung an unvorhergesehene Ereignisse. In der Teleoperation ist die Aufgabenleistung jedoch geringer als bei direkter Ausführung. Die in der Teleoperation übliche Zeitverzögerung verringert die Aufgabenleistung zusätzlich. Eine mögliche Lösung, um diese Probleme zu überwinden, ist die Verwendung multimodaler Benutzeroberflächen. Die Prozesse, die der Empfindung, Wahrnehmung und Kognition der Bedienerwährend der Teleoperation zugrunde liegen, sind jedoch noch nichtklar. In der empirischen Forschung fehlt es auch an einer systematischen Untersuchung der Auswirkungen multimodaler Benutzeroberflächen auf das Situationsbewusstsein und die Aufgabenleistung der Bediener. Diese Arbeiterklärt und untersucht empirisch die Auswirkungen multimodaler Benutzeroberflächen auf das Situationsbewusstsein und die Aufgabenleistung und analysiert den zusätzlichen Effekt von Zeitverzögerungen. Methode. In einer Reihe von Experimenten wurden multimodale Benutzeroberflächenmit visuellen, auditiven und haptischen Hinweisen untersucht. In jedem Experiment wurde ein bodengebundenes Fahrzeug in einer virtuellen planetaren Umgebung simuliert. Das erste Experiment konzentrierte sich auf die Interpretation und Anpassung der multimodalen Hinweise. Das zweite Experiment beinhaltete eine Suchaufgabe, die ein Manövrierendes Fahrzeugs erforderte. Hierfür wurden das Situationsbewusstsein und die Aufgabenperformanz der Teilnehmer gemessen. Das dritte Experimenterweiterte das zweite Experiment um eine Zeitverzögerung von 500ms.Ergebnisse Multimodale Benutzeroberflächen verbesserten das Situationsbewusstsein nicht, jedoch verbesserte Situationsbewusstsein die Aufgabenleistung. Der positive Effekt des Situationsbewusstseins verschwand mit Zeitverzögerung. Zeitverzögerung führte zu ungeplanten Eingaben, die zeigen, dass die Teilnehmer ihr Situationsbewusstsein nichtanwenden konnten. Dennoch verbesserten multimodale Benutzeroberflächen in einigen Fällen die Aufgabenleistung. Die Bayes’sche sensorische Fusion wird als zugrundeliegender Prozess bei der Wahrnehmung multimodaler Benutzeroberflächen vorgeschlagen.

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