Teleoperation stands as a potential solution for hybrid assembly, combining the strengths of both the technical system and the human operator. With this tool for remote assembly, operators oftentimes do not have a direct view of the remote site. Thus, a visualization method is required to enhance the operator’s performance while posing minimal workload. While most research focuses on technological advancements of teleoperated systems and their visualization, there is a gap in understanding the human factors. Flat screens and head-mounted displays (HMD) are the most common visualization methods. However, current research presents contradictory results regarding performance and workload for operators while using flat screens or HMDs as visualization during teleoperation. Specifically, it remains unclear whether effects on the performance and workload of operators can be attributed to different dimensionality (2D vs. 3D) or to variations in the device (flat screen vs. HMD). A study is conducted in the scope of this thesis to investigate the effects of different visualization methods on the performance and workload of an operator during teleoperated assembly. The investigation particularly focuses on differences between expert and non-expert operators. Both groups have distinct needs and preferences regarding visualization. Therefore, different visualization methods potentially affect the performance and workload of expert and non-expert operators differently. For the study, gamers are considered expert operators due to their spatial abilities, skills with input devices, and their trust in technology. Both gamers and non-gamers perform an easy manipulation task of moving different shapes into a box with a teleoperated system. The system consists of two connected Franka Emika Robots by Franka Robotics GmbH with a Franka Hand gripper. Each study participant performs the task with four different visualization methods: direct view, 3D HMD, 2D HMD, and 2D screen. The distinction between the 2D and 3D HMD is made to distinguish between the effects of depth information (2D and 3D) and the device (HMD and screen). A ZED mini camera is used for stereoscopic video recording and the Oculus Rift as the HMD. The performance is evaluated by analyzing the Task Completion Time, whereas the subjective workload is evaluated via the standardized NASA Task Load Index questionnaire. A between-within ANOVA statistical analysis for each performance and the workload did not find a significant difference between gamers and non-gamers. This finding might be attributed to all participants having a technical background and qualifying as expert users regardless of their gaming abilities. Thus, gamers are not an accurate representation of experts in teleoperation. Alternatively, an intuitive system design compensates for differences between gamers and non-gamers in performance and workload. However, a significant difference could be found between the visualization methods. Participants performed better and experienced less workload with visualization with stereoscopic depth information. The different devices only had a marginal influence on performance and workload. In view of these findings, future research should focus its efforts on enhancing depth perception (e.g. through improving secondary visual cues) to improve visualization during teleoperation with any device.     «

Teleoperation stands as a potential solution for hybrid assembly, combining the strengths of both the technical system and the human operator. With this tool for remote assembly, operators oftentimes do not have a direct view of the remote site. Thus, a visualization method is required to enhance the operator’s performance while posing minimal workload. While most research focuses on technological advancements of teleoperated systems and their visualization, there is a gap in understanding the h...     »

Mit zunehmender Automatisierung, steht die industrielle Montage vor Herausforderungen. Die Teleoperation bietet als Technologie der hybriden Montage einen Lösungsansatz, welcher die Stärken von menschlichen Bedienern und dem technischen System kombiniert. Bei der Teleoperation hat der Bediener oft keine direkte Sicht auf den Montagebereich, weshalb eine geeignete Visualisierung essenziell ist. Solch eine Visualisierung sollte den Bediener unterstützen, um dessen Leistung zu steigern und gleichzeitig die Belastung gering zu halten. Da der Fokus aktueller Forschung hauptsächlich auf technischen Aspekten der Teleoperation liegt, gibt es eine Forschungslücke zu den menschlichen Faktoren. Insbesondere ist unklar, ob die Dimensionalität (2D und 3D) oder das Gerät der Visualisierung (Bildschirm oder Head-Mounted-Display (HMD)) größeren Einfluss auf menschliche Faktoren haben. Daher wurde in der Studie im Rahmen dieser Masterarbeit untersucht, welchen Einfluss verschiedene Visualisierungsarten auf die Leistung und Belastung des Bedieners haben. Dabei wurden insbesondere die Unterschiede zwischen Experten und Nicht-Experten untersucht. Beide Gruppen haben unterschiedliche Bedürfnisse und Präferenzen bezüglich der Visualisierung, weshalb sich unterschiedliche Visualisierungsmethoden möglicherweise unterschiedlich auf die Leistung und Belastung beider Gruppen auswirken. Für die Studie werden Gamer aufgrund ihres räumlichen Denkens, ihrer Fertigkeiten im Umgang mit Eingabegeräten und ihres Vertrauens in Technik als Experten betrachtet. Sowohl Gamer als auch Nicht-Gamer führten eine einfache Manipulationsaufgabe aus, bei der verschiedene Formen mit einem teleoperierten System in eine Box befördert wurden. Das System besteht aus zwei miteinander verbundenen Franka Emika Robots der Franka Robotics GmbH mit der Franka Hand als Greifer. Alle Studienteilnehmenden führten die Aufgabe mit vier verschiedenen Visualisierungsmethoden aus: direkte Sicht, 3D HMD, 2D HMD und 2D Bildschirm. Die Unterscheidung zwischen 2D- und 3D-HMD dient dazu, zwischen dem Einfluss von Tiefeninformation und dem Gerät zu unterscheiden. Für das 3D Bild wurde eine ZED mini Kamera und als HMD eine Oculus Rift verwendet. Die Leistung wurde durch die Analyse der Bearbeitungszeit bewertet, während die Belastung anhand des standardisierten NASA Task Load Index Fragebogens bewertet wurde. Die statistische Analyse (ANOVA) der Leistung und der Belastung ergab keinen signifikanten Unterschied zwischen Gamern und Nicht-Gamern. Dieses Ergebnis kann auf den technischen Hintergrund unabhängig von Gaming-Gewohnheiten der meisten Teilnehmenden zurückgeführt werden. Alternativ kann ein intuitives Systemdesign die Unterschiede zwischen Gamern und Nicht-Gamern hinsichtlich Leistung und Belastung ausgleichen. Es ließ sich jedoch ein signifikanter Unterschied zwischen den Visualisierungsmethoden feststellen. Die Teilnehmenden zeigten bei der Visualisierung mit stereoskopischer Tiefeninformation eine bessere Leistung und eine geringere Belastung. Die verschiedenen Geräte hatten nur einen geringen Einfluss auf Leistung und Belastung. In Anbetracht dieser Ergebnisse sollte zukünftig erforscht werden, wie die Tiefenwahrnehmung gefördert werden kann (z.B. durch verbesserte sekundäre visuelle Hinweise), um die Visualisierung während der Teleoperation zu verbessern.     «

Mit zunehmender Automatisierung, steht die industrielle Montage vor Herausforderungen. Die Teleoperation bietet als Technologie der hybriden Montage einen Lösungsansatz, welcher die Stärken von menschlichen Bedienern und dem technischen System kombiniert. Bei der Teleoperation hat der Bediener oft keine direkte Sicht auf den Montagebereich, weshalb eine geeignete Visualisierung essenziell ist. Solch eine Visualisierung sollte den Bediener unterstützen, um dessen Leistung zu steigern und gleichz...     »