Today, manufacturing industry is faced with increasing product variants while product cycles decrease. Since conventional optimization strategies are saturating, future competitiveness of manufacturers will be highly related to their ability and flexibility to adapt to these essential market requirements. The collaboration between human and robot has been announced as a promising approach to solve these challenges, because it teams the strength and the efficiency of robots with the high degree of dexterity and the cognitive capabilities of humans into a flexible overall system. This thesis identifies required functionality and mechanisms for both efficient and natural human-robot collaboration. To give the human an appropriate and efficient collaboration partner, the work of this thesis bases on recent psychological research about cognitive processes of joint-action among humans. These psychological studies interpret, that the success of efficient collaboration depends on the team-partners’ abilities to predict actions and to affect own actions using the prediction. Inspired by these findings, this thesis implements and evaluates the required collaboration mechanisms action observation and action coordination for an assistive robotic system. These two mechanisms imply, that the robotic system is capable of perceiving, gathering and representing contextual information such as the environment, recognizing current actions of the human, and by this producing context-aware dynamic and adaptive actions. These demanded capabilities are conceptually realized in a distributed software framework. Human robot collaboration experiments were performed using the integrated demonstration platform JAHIR, that was co-developed along with this work. The results validate the benefits regarding efficiency, adaptability, and flexibility.      «

Today, manufacturing industry is faced with increasing product variants while product cycles decrease. Since conventional optimization strategies are saturating, future competitiveness of manufacturers will be highly related to their ability and flexibility to adapt to these essential market requirements. The collaboration between human and robot has been announced as a promising approach to solve these challenges, because it teams the strength and the efficiency of robots with the high degr...     »

Die verarbeitende Industrie stößt aufgrund der stetig ansteigenden Produktvarianten bei stark verkürzten Produktzyklen derzeit mit konventionellen Optimierungsstrategien an ihre Grenzen. Die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller hängt von deren Fähigkeit ab, sich flexibel und zeitnah an die Gegebenheiten schnell verändernder Märkte anzupassen. Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter wird hierbei als eine vielversprechende Möglichkeit angesehen, konventionelle Strategien zu ergänzen. Wenn Mensch und Roboter als Team zusammenarbeiten, ergänzen sich die Stärke, Ausdauer und Effizienz des Roboters und die Fingerfertigkeit und kognitive Fähigkeit des Menschen zu einem flexiblen und leistungsstarken Gesamtsystem. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Identifizierung benötigter Funktionalitäten und Mechanismen, die diese Zusammenarbeit effizient und natürlich gestalten. Um dem Menschen einen leistungsfähigen Kooperationspartner zur Verfügung zu stellen, orientiert sich die Arbeit an den Ergebnissen psychologischer Forschung. Diese legen den Schluss nahe, dass die Fähigkeit, Aktionen des Kooperationspartners vorherzusagen und eigene Aktionen diesen Vorhersagen anzupassen, der Schlüssel zu einer erfolgreichen Zusammenarbeit ist. Darauf basierend werden die benötigten Mechanismen "action observation" und "action coordination" für ein assistives Robotersystem evaluiert und umgesetzt. Diese beiden Mechanismen setzen voraus, dass der Roboter in der Lage ist, seine dynamische Umwelt wahrzunehmen und den damit einhergehenden Kontext zusammenzutragen und zu repräsentieren. Desweiteren müssen die Aktionen des Menschen erkannt werden, um dadurch in geeigneter Weise dynamische und adaptive Aktionen des Roboters auszuführen. Auf der Roboterplatform JAHIR, die im Laufe der Arbeit in Zusammenarbeit mit Projektpartnern entwickelt und aufgebaut wurde, wurden Kollaborationsexperimente zwischen Mensch und Roboter durchgeführt. Die Ergebnisse untermauern, dass die Umsetzung der genannten Mechanismen zu einer Verbesserung der Zusammenarbeit in Bezug auf Effizienz, Adaptivität und Flexibilität des Systems beiträgt.      «

Die verarbeitende Industrie stößt aufgrund der stetig ansteigenden Produktvarianten bei stark verkürzten Produktzyklen derzeit mit konventionellen Optimierungsstrategien an ihre Grenzen. Die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller hängt von deren Fähigkeit ab, sich flexibel und zeitnah an die Gegebenheiten schnell verändernder Märkte anzupassen. Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter wird hierbei als eine vielversprechende Möglichkeit angesehen, konventionelle Strategien zu ergänzen....     »