@phdthesis{Leutert2021,
  author    = {Leutert, Florian},
  title     = {Flexible Augmented Reality Systeme f{\"u}r robotergest{\"u}tzte Produktionsumgebungen},
  isbn      = {978-3-945459-39-3},
  doi       = {10.25972/OPUS-24972},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-249728},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Produktionssysteme mit Industrierobotern werden zunehmend komplex; waren deren Arbeitsbereiche fr{\"u}her noch statisch und abgeschirmt, und die programmierten Abl{\"a}ufe gleichbleibend, so sind die Anforderungen an moderne Robotik-Produktionsanlagen gestiegen: Diese sollen sich jetzt mithilfe von intelligenter Sensorik auch in unstrukturierten Umgebungen einsetzen lassen, sich bei sinkenden Losgr{\"o}ßen aufgrund individualisierter Produkte und h{\"a}ufig {\"a}ndernden Produktionsaufgaben leicht rekonfigurieren lassen, und sogar eine direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter erm{\"o}glichen. Gerade auch bei dieser Mensch-Roboter-Kollaboration wird es damit notwendig, dass der Mensch die Daten und Aktionen des Roboters leicht verstehen kann. Aufgrund der gestiegenen Anforderungen m{\"u}ssen somit auch die Bedienerschnittstellen dieser Systeme verbessert werden. Als Grundlage f{\"u}r diese neuen Benutzerschnittstellen bietet sich Augmented Reality (AR) als eine Technologie an, mit der sich komplexe r{\"a}umliche Daten f{\"u}r den Bediener leicht verst{\"a}ndlich darstellen lassen. Komplexe Informationen werden dabei in der Arbeitsumgebung der Nutzer visualisiert und als virtuelle Einblendungen sichtbar gemacht, und so auf einen Blick verst{\"a}ndlich. Die diversen existierenden AR-Anzeigetechniken sind f{\"u}r verschiedene Anwendungsfelder unterschiedlich gut geeignet, und sollten daher flexibel kombinier- und einsetzbar sein. Auch sollen diese AR-Systeme schnell und einfach auf verschiedenartiger Hardware in den unterschiedlichen Arbeitsumgebungen in Betrieb genommen werden k{\"o}nnen. In dieser Arbeit wird ein Framework f{\"u}r Augmented Reality Systeme vorgestellt, mit dem sich die genannten Anforderungen umsetzen lassen, ohne dass daf{\"u}r spezialisierte AR-Hardware notwendig wird. Das Flexible AR-Framework kombiniert und b{\"u}ndelt daf{\"u}r verschiedene Softwarefunktionen f{\"u}r die grundlegenden AR-Anzeigeberechnungen, f{\"u}r die Kalibrierung der notwendigen Hardware, Algorithmen zur Umgebungserfassung mittels Structured Light sowie generische ARVisualisierungen und erlaubt es dadurch, verschiedene AR-Anzeigesysteme schnell und flexibel in Betrieb zu nehmen und parallel zu betreiben. Im ersten Teil der Arbeit werden Standard-Hardware f{\"u}r verschiedene AR-Visualisierungsformen sowie die notwendigen Algorithmen vorgestellt, um diese flexibel zu einem AR-System zu kombinieren. Dabei m{\"u}ssen die einzelnen verwendeten Ger{\"a}te pr{\"a}zise kalibriert werden; hierf{\"u}r werden verschiedene M{\"o}glichkeiten vorgestellt, und die mit ihnen dann erreichbaren typischen Anzeige- Genauigkeiten in einer Evaluation charakterisiert. Nach der Vorstellung der grundlegenden ARSysteme des Flexiblen AR-Frameworks wird dann eine Reihe von Anwendungen vorgestellt, bei denen das entwickelte System in konkreten Praxis-Realisierungen als AR-Benutzerschnittstelle zum Einsatz kam, unter anderem zur {\"U}berwachung von, Zusammenarbeit mit und einfachen Programmierung von Industrierobotern, aber auch zur Visualisierung von komplexen Sensordaten oder zur Fernwartung. Im Verlauf der Arbeit werden dadurch die Vorteile, die sich durch Verwendung der AR-Technologie in komplexen Produktionssystemen ergeben, herausgearbeitet und in Nutzerstudien belegt.},
  subject      = {Erweiterte Realit{\"a}t <Informatik>},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wiedemann2020,
  author    = {Wiedemann, Katharina},
  title     = {Fr{\"u}hzeitige Informationen {\"u}ber Systemgrenzen beim hochautomatisierten Fahren},
  doi       = {10.25972/OPUS-21658},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-216581},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Fahrzeughersteller haben die Verf{\"u}gbarkeit sogenannter hochautomatisierter Fahrfunktionen (SAE Level 3; SAE, 2018) in ihren Modellen angek{\"u}ndigt. Hierdurch wird der Fahrer in der Lage sein, sich permanent von der Fahraufgabe abzuwenden und fahrfremden T{\"a}tigkeiten nachzugehen. Allerdings muss er immer noch als R{\"u}ckfallebene zur Verf{\"u}gung stehen, um im Fall von Systemgrenzen oder -fehlern (siehe Gold, Naujoks, Radlmayr, Bellem \& Jarosch, 2017), die Fahrzeugkontrolle zu {\"u}bernehmen. Das {\"U}bernahmeerfordernis wird dem Fahrer durch die Ausgabe einer {\"U}bernameaufforderung vermittelt. Die {\"U}bernahme der manuellen Fahrzeugf{\"u}hrung aus dem hochautomatisierten Fahren stellt aus psychologischer Sicht einen Aufgabenwechsel dar. Bei der Untersuchung von Aufgabenwechseln im Bereich der kognitiven und angewandten Psychologie zeigte sich vielfach, dass Aufgabenwechsel mit verl{\"a}ngerten Reaktionszeiten und erh{\"o}hten Fehlerraten assoziiert sind. F{\"u}r den Anwendungsfall des automatisierten Fahrens liegen ebenfalls eine Reihe empirischer Studien vor, die darauf hinweisen, dass der Wechsel zum manuellen Fahren mit einer Verschlechterung der Fahrleistung gegen{\"u}ber dem manuellen Fahren verbunden ist. Da Erkenntnisse vorliegen, dass eine Vorbereitung auf den Aufgabenwechsel die zu erwartenden Kosten verringern kann, ist das Ziel dieser Arbeit die Konzeption und empirische Evaluation einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, die Nutzer hochautomatisierter Fahrzeuge durch fr{\"u}hzeitige Vorinformationen {\"u}ber Systemgrenzen auf die Kontroll{\"u}bernahme vorbereitet. Drei Experimente im Fahrsimulator mit Bewegungssystem betrachteten jeweils unterschiedliche Aspekte fr{\"u}hzeitiger Vorinformationen {\"u}ber bevorstehende {\"U}bernahmen. Das erste Experiment untersuchte, ob Fahrer {\"u}berhaupt von fr{\"u}hzeitigen Situationsank{\"u}ndigungen, beispielsweise im Sinne einer verbesserten {\"U}bernahmeleistung, profitieren. Das zweite Experiment befasste sich mit der Frage, wie solche Ank{\"u}ndigungen zeitlich und inhaltlich zu gestalten sind (d. h. wann sie pr{\"a}sentiert werden und welche Informationen sie enthalten sollten), und welchen Einfluss deren Gestaltung auf die Aufgabenbearbeitung (insbesondere deren Unterbrechung und sp{\"a}tere Wiederaufnahme) w{\"a}hrend der automatisierten Fahrt hat. Um herauszufinden, wie ein Anzeigekonzept zur l{\"a}ngerfristigen Planung von fahrfremden T{\"a}tigkeiten w{\"a}hrend des automatisierten Fahrens beitragen k{\"o}nnte, fand im dritten Experiment ein Vergleich von Situationsank{\"u}ndigungen, die vor dem Erreichen einer {\"U}bernahmesituation ausgegeben wurden, mit kontinuierlich pr{\"a}sentierten Informationen {\"u}ber die verbleibende Distanz zur n{\"a}chsten Systemgrenze statt. In allen Studien wurde neben den Auswirkungen fr{\"u}hzeitiger Vorinformationen auf die {\"U}bernahmeleistung und Bearbeitung von fahrfremden T{\"a}tigkeiten auch untersucht, welche Auswirkungen ein erweitertes {\"U}bernahmekonzept auf die Fahrerreaktion in Grenz- und Fehlerf{\"a}llen, in denen Vorinformationen entweder nicht oder fehlerhaft angezeigt wurden, hat. F{\"u}r die Gestaltung zuk{\"u}nftiger {\"U}bernahmekonzepte f{\"u}r hochautomatisierte Fahrzeuge kann basierend auf den Ergebnissen empfohlen werden, fr{\"u}hzeitige Anzeigen von Systemgrenzen zur Erm{\"o}glichung eines sicheren und komfortablen Wechsels zwischen dem manuellen und dem automatisierten Fahren in die Mensch-Maschine-Schnittstelle zu integrieren. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit liegt der empfohlene Zeitpunkt f{\"u}r diskrete Ank{\"u}ndigungen bei einer Reisegeschwindigkeit von 120 km/h bei etwa 1000 Meter (d. h. ca. 30 Sekunden) vor der Ausgabe der {\"U}bernahmeaufforderung. Zudem wird empfohlen zur Absch{\"a}tzung der verbleibenden Zeit im automatisierten Modus eine Anzeige der Entfernung zur n{\"a}chsten Systemgrenze in das Konzept zu integrieren, die dem Fahrer eine l{\"a}ngerfristige Aufgabenplanung erm{\"o}glicht. Neben der reinen Anzeige des {\"U}bernahmeerfordernisses sollten dem Fahrer auch Informationen {\"u}ber das erforderliche Fahrman{\"o}ver nach der Kontroll{\"u}bernahme {\"u}bermittelt werden.},
  subject      = {Autonomes Fahrzeug},
  language  = {de}
}