Mensch-Roboter-Kollaboration

Mensch-Roboter-Kollaboration

von: Hans-Jürgen Buxbaum

Springer Gabler, 2020

ISBN: 9783658283070

Sprache: Deutsch

322 Seiten, Download: 9352 KB

 
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Mensch-Roboter-Kollaboration



  Geleitwort 5  
  Vorwort 7  
  Inhaltsverzeichnis 9  
  Über den Herausgeber 17  
  1: Die Maschine an meiner Seite 18  
     1.1 Einleitung 18  
     1.2 Grundlagen der Mensch-Roboter-Kollaboration 19  
     1.3 Dimensionen der Beschreibung 20  
        1.3.1 Nähe 20  
        1.3.2 Körper 21  
        1.3.3 Interaktion und Kommunikation 22  
        1.3.4 Raum 23  
        1.3.5 Ressourcen 23  
        1.3.6 System 24  
        1.3.7 Das gemeinsame Objekt 25  
        1.3.8 Arbeit 25  
     1.4 Ethische Fragen 26  
        1.4.1 Verantwortung und Haftung 26  
        1.4.2 Verlust und Veränderung der Arbeit 27  
        1.4.3 Überwachung und Privatsphäre 28  
        1.4.4 Kampf um Raum und Ressourcen 28  
        1.4.5 Maschinelle Moral 29  
     1.5 Zusammenfassung und Ausblick 30  
     Literatur 30  
  2: Evolution oder Revolution? Die Mensch-Roboter-Kollaboration 32  
     2.1 Einleitung 33  
     2.2 Entwicklung der Robotik 33  
     2.3 MRK 37  
     2.4 Argumente für bzw. gegen MRK 39  
     2.5 Nutzendimensionen der MRK 40  
        2.5.1 Flächennutzung 40  
        2.5.2 Ergonomie 40  
        2.5.3 Flexibilität 41  
        2.5.4 Intuitivität 43  
        2.5.5 Peripherie 43  
     2.6 Sicherheit in der MRK 44  
     2.7 Schadensbegrenzung 45  
     2.8 Betriebsarten 46  
     Literatur 47  
  3: Arbeitswissenschaftliche Aspekte der Mensch-Roboter-Kollaboration 51  
     3.1 Einleitung 51  
     3.2 Verbessern technische Hilfsmittel die Sicherheit? Erfahrungen aus der Aviatik 53  
     3.3 Menschen im Einsatz – „Mind the Gap!“ 55  
        3.3.1 Vereinfachte Informationsverarbeitung durch Schemata 56  
        3.3.2 Automatisierung der Handlungsausführung 57  
        3.3.3 Effizienz und Fehleranfälligkeit als Kehrseiten der Medaille 59  
     3.4 Auswirkungen der Technikgestaltung auf den Menschen 61  
        3.4.1 Mentale Nebeneffekte technischer Hilfsmittel 61  
        3.4.2 Motivationale Nebeneffekte technischer Hilfsmittel 62  
     3.5 Technik- und Systemgestaltung: MTO oder TOM – eine Frage der Priorität 63  
     3.6 Fazit 68  
     Literatur 70  
  4: Ethische Perspektiven der Mensch-Roboter-Kollaboration 71  
     4.1 Einleitung 72  
     4.2 Welche Rolle spielen ethische Überlegungen in der Technikentwicklung? 73  
     4.3 MRK in der Arbeitswelt: Von Ersetzungsszenarien zur MRK 74  
        4.3.1 Funktionale Sicherheit und eigenverantwortliches Handeln 76  
        4.3.2 Wer tut was? Selbstbestimmung vs. technische Fremdbestimmung 77  
        4.3.3 Die Zergliederung von Aufgaben in der MRK: Was bleibt für den Menschen übrig? 78  
        4.3.4 Maschinelle Tätigkeiten und menschliche Fähigkeiten 79  
        4.3.5 Flexible Allokation als Lösung? 80  
     4.4 Vermenschlichung in der Mensch-Roboter-Kollaboration 81  
     Literatur 83  
  5: Wo kann Teamwork mit Mensch und Roboter funktionieren? 85  
     5.1 Mensch-Roboter-Kollaboration in der Montage 86  
     5.2 Ermittlung von MRK-Potentialen von Arbeitsplätzen mittels Quick-Check 87  
     5.3 Simulationsgestützte Planung von MRK-Arbeitsplätzen mittels ema Work Designer 90  
     5.4 Manuelle Montageszenarien beim Anwender Karl Dungs GmbH & Co. KG 93  
     5.5 Die Realisierungen 94  
        5.5.1 Boll Automation GmbH und Karl Dungs GmbH & Co. KG 94  
        5.5.2 Leopold Kostal GmbH & Co. KG 99  
        5.5.3 Albrecht Jung GmbH & Co. KG 100  
     5.6 Akzeptanzförderung durch Beteiligung von Beschäftigten und Betriebsrat am Einführungsprozess 101  
     5.7 Zusammenfassung 102  
     5.8 Förderhinweis 103  
     Anhang 103  
     Literatur 105  
  6: Kooperation und Kollaboration mit Schwerlastrobotern – Sicherheit, Perspektive und Anwendungen 107  
     6.1 Kollaborative Schwerlastroboter 108  
     6.2 Kooperation vs. Kollaboration 110  
        6.2.1 Mensch-Roboter Kooperation 111  
        6.2.2 Mensch-Roboter Kollaboration 115  
        6.2.3 Mensch-Roboter-Kooperation/-Kollaboration 118  
     6.3 Zeit-Raum-Mensch-Roboter-Modelle 119  
     Literatur 122  
  7: Mensch-Roboter-Kollaboration – Wichtiges Zukunftsthema oder nur ein Hype? 124  
     7.1 Faszination Roboter 124  
     7.2 Fähigkeiten von Robotern 125  
     7.3 Die These 126  
        7.3.1 Roboter sollen stark und schnell sein und eine große Reichweite besitzen 126  
        7.3.2 Keine Schutzzäune 126  
        7.3.3 Einfache Programmierung 128  
        7.3.4 Intelligente Roboter 128  
     7.4 Resümee 129  
     Literatur 130  
  8: Neural-gesteuerte Robotik für Assistenz und Rehabilitation im Alltag 131  
     8.1 Gehirn-Computer-Schnittstellen zur aktiven Kontrolle robotischer Systeme bei Lähmungen 132  
     8.2 Rehabilitative Aspekte neural-gesteuerter Robotik 134  
     8.3 Tragbare und kabellose Sensoren und Biosignal-Verstärker 136  
     8.4 Echtzeit-Signalverarbeitung und Interpretation 138  
     8.5 Spezielle Anforderungen an die Aktorik/Biomechanik im Kontext der Mobilisierung gelähmter Gliedmaßen 138  
     8.6 Kontextsensitivität als Voraussetzung für die Integration in den Alltag 140  
     8.7 Rechtlich-regulatorische Herausforderungen 141  
     8.8 Ausblick in die Zukunft: Neural-gesteuerte Exoskelette in der medizinischen Versorgung 2030 142  
     Literatur 143  
  9: Mensch-Roboter-Kollaboration in der Medizin 146  
     9.1 Motivation 146  
     9.2 Roboter in der Therapie 147  
     9.3 Beispiele für Medizinprodukte mit Robotern 149  
     9.4 Zusammenfassung 155  
     Literatur 155  
  10: Mensch-Roboter-Kollaboration – Anforderungen an eine humane Arbeitsgestaltung 157  
     10.1 Einleitung 158  
     10.2 Große Hoffnungen, viele Fragen, wenige Antworten 158  
     10.3 Kriterien einer Folgenabschätzung 160  
        10.3.1 Akzeptanz 162  
        10.3.2 Gelingende Interaktion von Mensch und Roboter als Team 163  
        10.3.3 Ergonomische Gestaltung 164  
        10.3.4 Psychische Arbeitssystemgestaltung 166  
     10.4 Verantwortliche Gestaltung von MRK-Systemen 168  
        10.4.1 Relationale Gestaltung von MRK-Systemen 170  
        10.4.2 Reflexive Gestaltung von MRK-Systemen 171  
        10.4.3 Prozedurale Gestaltung von MRK-Systemen 171  
     10.5 Zusammenfassung und Ausblick 172  
     Literatur 173  
  11: Teammitglied oder Werkzeug – Der Einfluss anthropomorpher Gestaltung in der Mensch-Roboter-Interaktion 175  
     11.1 Wie verändern Roboter unsere Arbeits- und Lebenswelt? 176  
     11.2 Was zeichnet die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern aus? 176  
     11.3 Wie gelingt eine optimale Zusammenarbeit? 179  
     11.4 Wie erreicht man eine symbiotische Robotergestaltung zwischen Teammitglied und Werkzeug? 183  
     Literatur 185  
  12: Erwartungskonformität von Roboterbewegungen und Situationsbewusstsein in der Mensch-Roboter-Kollaboration 188  
     12.1 Einleitung 188  
     12.2 Ergonomie 190  
     12.3 Bahnplanung 191  
     12.4 Wahrnehmung 193  
        12.4.1 Bewegungswahrnehmung 193  
        12.4.2 Visuelle Aufmerksamkeit 193  
     12.5 Situationsbewusstsein 194  
     12.6 Psychophysikalische Methoden zur Erfassung kognitiver Prozesse 195  
        12.6.1 Elektroenzephalogramm (EEG) 195  
        12.6.2 Elektrokardiogramm (EKG) HRV 196  
        12.6.3 Blutdruck 196  
        12.6.4 Hautleitfähigkeit 197  
        12.6.5 Eyetracking 197  
     12.7 Full-Scope-Simulation in der MRK 198  
     12.8 Experimentaldesign 199  
     Literatur 202  
  13: Antizipierende interaktiv lernende autonome Agenten 204  
     13.1 Einleitung 205  
     13.2 Vision eines natürlichen Zusammenwirkens von Mensch und Roboter 206  
        13.2.1 Was macht eine gute Mensch-Roboter-Kollaboration aus? 207  
        13.2.2 Was macht eine gute Mensch-Roboter-Interaktion der Zukunft aus? 208  
        13.2.3 Beispiel einer antizipierenden Mensch-Roboter-Kollaboration 210  
     13.3 Kognitive Mechanismen zur Antizipation Anderer 211  
        13.3.1 Mentale Modelle 211  
        13.3.2 Person Model Theory 212  
     13.4 Kognitiver Modellierungsansatz von Situationsmodell, Personenmodell und Selfmodell 213  
        13.4.1 Voraussetzungen der Modellierungsmethode 213  
        13.4.2 Beispiele für antizipierende Assistenzsysteme 214  
     13.5 Flexible Task Allocation 214  
     13.6 Interactive Task Learning 215  
     13.7 Diskussion 216  
     Literatur 217  
  14: Echtzeit-IoT im 5G-Umfeld 219  
     14.1 Einleitung 220  
     14.2 Problemstellung 221  
     14.3 Middleware 222  
     14.4 Software-Entwicklungsprozess für echtzeitfähiges IoT an den Beispielen verteilter Systeme für Automotive und MRK 225  
     14.5 Zusammenfassung und Ausblick 228  
     Literatur 229  
  15: Pflegeroboter und Medizinische Informationssysteme – Digitalisierungsansätze des Gesundheitswesens 232  
     15.1 Digitalisierung im Gesundheitswesen 232  
     15.2 Medizinische Informationssysteme 235  
        15.2.1 Krankenhausinformationssysteme 236  
        15.2.2 Betrachtung von Human Factors im Zusammenhang mit Medizinischen Informationssystemen (Fokus: KIS) 238  
     15.3 Medizinische Informationssysteme, Medizintechnik und Pflegeroboter 240  
        15.3.1 Anwendung von Standards (Schnittstellen und Datenstrukturen) 241  
           15.3.1.1 Schnittstellenstandards 242  
           15.3.1.2 Datenstruktur 242  
        15.3.2 Integration von Medizintechnik (Medizingeräten) und Medizinischen Informationssystemen 243  
        15.3.3 Der Pflegeroboter – ein weiteres Medizingerät? 244  
     Literatur 246  
  16: Ein soziotechnisches Systemmodell der Servicerobotik im Pflegekontext 249  
     16.1 Einleitung 250  
     16.2 Eine soziotechnische Sichtweise auf den Einsatz von Servicerobotik in der Pflege 251  
     16.3 ARA-Sys: Ein soziotechnisches Modell des Arbeitssystems 252  
        16.3.1 Technisches Element – Der Serviceroboter 253  
        16.3.2 Patientinnen und Patienten 255  
        16.3.3 Geschultes Bedienpersonal 255  
        16.3.4 Wartungs- und Instandhaltungspersonal 256  
        16.3.5 Passantinnen und Passanten 257  
     16.4 Ein Beispielmodell – Einsatz fahrerloser Transportsysteme im Krankenhaus 258  
     16.5 Schlüsse aus dem Modell 260  
     Literatur 262  
  17: Erfahrungen aus dem Einsatz von Assistenzrobotern für Menschen im Alter 264  
     17.1 F&P Robotics 265  
     17.2 Assistenzroboter Lio 265  
        17.2.1 Use Cases in laufenden Projekten 267  
        17.2.2 Nutzen 268  
        17.2.3 Ethischer Aspekt 268  
     17.3 Erfahrungen aus beobachteten Interaktionen 269  
        17.3.1 Einleitung 269  
        17.3.2 Methode 271  
           17.3.2.1 Testdesign 271  
           17.3.2.2 Assistenzroboter Lio 271  
           17.3.2.3 Probanden 271  
           17.3.2.4 Messinstrumente 272  
           17.3.2.5 Studienablauf 272  
        17.3.3 Ergebnisse und Diskussion 273  
           17.3.3.1 Usability-Befunde 273  
        17.3.4 Limitationen und zukünftige Forschungsfragen 278  
        17.3.5 Fazit 279  
     17.4 Sicherheit und Normen bei Assistenzrobotern 280  
        17.4.1 Normen und Richtlinien 280  
        17.4.2 Datenschutz 281  
     17.5 Schlusswort 284  
     Literatur 284  
  18: Mensch-Maschine-Zusammenarbeit am Beispiel Kaltwalzer 287  
     18.1 Aufgabenkomplexität nimmt zu 287  
     18.2 Effizienzsteigerung durch Spezialisierung 289  
     18.3 Lokale Lösungen, auf Spezialisierung optimiert 290  
     18.4 Anbieten spezialisierter Berufe erfordert spezialisierte Mitarbeiter 290  
     18.5 Die Vernetzung der Systeme lässt spezialisierte Silos zusammenrücken 291  
     18.6 Der direkte Hebel persönlicher Handlungen auf das Gesamtsystem wird nicht komplett wahrgenommen 292  
     18.7 Die Beachtung der Kausalitätsketten ist wichtig für das erwartungskonforme Systemverhalten 292  
     18.8 Transparenz über die komplexen Ketten führt zu bedarfsgerechten Assistenzsystemen, um Vertrauen in Technik zu unterstützen 293  
     18.9 Adaption auf MRK-Lösungen 295  
        18.9.1 Mögliche Anwendungsgebiete von MRK-Lösungen bei BILSTEIN 295  
        18.9.2 Übertragbare Erkenntnisse für MRK-Einführungen bei BILSTEIN 296  
     Literatur 296  
  19: Ladenburger Thesen zur zukünftigen Gestaltung der Mensch-Roboter-Kollaboration 298  
     19.1 Einleitung 299  
     19.2 Ergonomische Perspektive 300  
     19.3 Technisch-wirtschaftliche Perspektive 301  
     19.4 Psychologische Perspektive 302  
     19.5 Arbeitswissenschaftliche Perspektive 304  
     19.6 Ethische Perspektive 310  
     19.7 Ladenburger Thesen zur MRK 313  
        19.7.1 These 1: Sicherheitsanforderungen anwendungsgerecht festlegen 314  
        19.7.2 These 2: Sicherheitstechnik flexibilisieren 314  
        19.7.3 These 3: Grenzen baulicher Gestaltung hinterfragen 315  
        19.7.4 These 4: Konfiguration und Programmierung vereinfachen 315  
        19.7.5 These 5: Wirtschaftlichkeitsberechung anpassen 316  
        19.7.6 These 6: MRK als soziotechnisches System begreifen 316  
        19.7.7 These 7: Ethische Fragen beantworten 317  
        19.7.8 These 8: Aufgabenverteilung flexibilisieren 317  
        19.7.9 These 9: Deskilling entgegenwirken 318  
        19.7.10 These 10: Erwartungskonformität sicherstellen 319  
        19.7.11 These 11: Höhere Funktionalität über KI realisieren 319  
        19.7.12 These 12: Antizipation der Automatisierungstechnik erhöhen 319  
        19.7.13 These 13: MRK als Schlüsseltechnologie begreifen 320  
     19.8 Fazit 321  
     Literatur 321  

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