This thesis summarizes guidelines for the design and control of a highly integrated, multi-modal, and intuitive teleoperation system that can be used to perform a variety of different manipulation tasks requiring bimanual and multi-fingered interactions as well as the collaboration of multiple operators. Hereby, exclusively teleoperation systems using admittance-type devices are investigated. Bimanual 6 DOF manipulations with high interaction forces are realized by newly developed admittance-type haptic interfaces, which are mounted on a mobile platform and thus also allow performance of manipulations in large remote environments. Taking into account a large number of mechatronic requirements, a novel, enhanced, and highly integrated teleoperation system consisting of redundant haptic interfaces and telemanipulators as well as a stereo-vision-system is developed. Dextrous fine manipulations are realized by a multi-fingered telemanipulation system, whereby efficient position and force mapping algorithms are used to map human hand motions to gripper motions and to provide a realistic force feedback. The usage of admittance-type devices instead of classical impedance-type devices poses new challenges on the control concepts. Different types of bilateral control algorithms suitable for admittance-type devices are proposed and robust stability of them is analyzed by using the parameter space approach. Further improvements are achieved by incorporating human factors in the development process. Effects of varied human movement control on task performance and feeling of telepresence are analyzed by means of experimental evaluation and new design guidelines for a user-friendly teleoperation system are derived. Finally, different types of collaborative teleoperation architectures are proposed, application scenarios are described, and challenges on the control of these systems are formulated. In particular, robust stability of a bimanual, a multi-user, and a cooperative teleoperation system is investigated in detail. A variety of laboratory experiments, characterized particularly by their very high complexity, serve for the evaluation and validation of all proposed software and hardware developments.     «

This thesis summarizes guidelines for the design and control of a highly integrated, multi-modal, and intuitive teleoperation system that can be used to perform a variety of different manipulation tasks requiring bimanual and multi-fingered interactions as well as the collaboration of multiple operators. Hereby, exclusively teleoperation systems using admittance-type devices are investigated. Bimanual 6 DOF manipulations with high interaction forces are realized by newly developed admittance-typ...     »

In der vorliegenden Dissertationsschrift werden Richtlinien zum Entwurf und zur Regelung eines hoch integrierten, multi-modalen und intuitiven Teleoperationssystems zusammengefasst, welches zur Durchführung von Tele-Manipulationsaufgaben herangezogen werden kann, die sowohl beidhändiger als auch mehrfingriger Interaktion, sowie der Kollaboration mehrerer Operatoren bedürfen. Dabei werden ausschließlich Teleoperationssysteme näher untersucht, die Manipulatoren vom Admittanz-Typ verwenden. Beidhändige Manipulationen in sechs Freiheitsgraden bei denen zudem hohe Interaktionskräfte auftreten werden dabei mit Hilfe von neu entwickelten haptischen Eingabegeräten vom Admittanz-Typ realisiert. Diese sind ihrerseits auf einer mobilen Plattform montiert, um auch Manipulationen in ausgedehnten entfernten Umgebungen zu ermöglichen. Unter Berücksichtigung einer Vielzahl mechatronischer Anforderungen, wird ein neuartiges, weiterentwickeltes und hoch integriertes Teleoperationssystem, bestehend aus redundanten haptischen Eingabegeräten und Telemanipulatoren, sowie einem Stereo-Sichtsystem entwickelt. Feinmotorische Manipulationen werden mit Hilfe eines mehrfingrigen Telemanipulationssystems durchgeführt, wobei effiziente Algorithmen zum Positions- und Kraftmapping herangezogen werden, um menschliche Handbewegungen auf einen Greifer abzubilden sowie einen realistischen Krafteindruck zu vermitteln. Die Verwendung von Manipulatoren des Admittanz-Typs im Gegensatz zu klassischen Geräten des Impedanz-Typs bringt hierbei neue Herausforderungen an die Regelung dieser Systeme mit sich. Verschiedene Arten von bilateralen Regelalgorithmen, welche sich speziell für Manipulatoren des Admittanz-Typs eignen, werden vorgeschlagen und deren Robustheit mit Hilfe des Parameterraumverfahrens untersucht. Zusätzliche Verbesserungen werden erzielt, indem auch menschliche Faktoren in den Entwurfsprozess einbezogen werden. Effekte variabler menschlicher Bewegungssteuerung auf die Aufgabenperformanz und das Telepräsenzempfinden werden mit Hilfe experimenteller Evaluation analysiert und neue Entwurfsrichtlinien für ein benutzerfreundliches Teleoperationssystem davon abgeleitet. Schließlich werden unterschiedliche Arten kollaborativer Teleoperationssysteme vorgeschlagen, entsprechende Anwendungsfelder beschrieben, sowie Herausforderungen an die Regelung dieser Systeme formuliert. Insbesondere wird die robuste Stabilität eines beidhändigen, eines Multi-User, sowie eines kooperativen Teleoperationssystems näher untersucht. Eine Vielzahl an Laborexperimenten, welche sich insbesondere durch ihre hohe Komplexität auszeichnen, dienen zur Evaluation und Validierung der vorgeschlagenen Soft- und Hardwareentwicklungen.     «

In der vorliegenden Dissertationsschrift werden Richtlinien zum Entwurf und zur Regelung eines hoch integrierten, multi-modalen und intuitiven Teleoperationssystems zusammengefasst, welches zur Durchführung von Tele-Manipulationsaufgaben herangezogen werden kann, die sowohl beidhändiger als auch mehrfingriger Interaktion, sowie der Kollaboration mehrerer Operatoren bedürfen. Dabei werden ausschließlich Teleoperationssysteme näher untersucht, die Manipulatoren vom Admittanz-Typ verwenden. Beidhä...     »