TY  - THES
A1  - Ly Tung, Nam
T1  - Toward an Intelligent Long-Term Assistance for People with Dementia In the Context of Navigation in Indoor Environments
T1  - Intelligente Langzeit-Unterstützung für Menschen mit Demenz im Kontext der Navigation in Gebäuden
N2  - Dementia is a complex neurodegenerative syndrome that by 2050 could affect about 135 Million people worldwide. People with dementia experience a progressive decline in their cognitive abilities and have serious problems coping with activities of daily living, including
orientation and wayfinding tasks. They even experience difficulties in finding their way in a familiar environment. Being lost or fear of getting lost may consequently develop into other psychological deficits such as anxiety, suspicions, illusions, and aggression. Frequent results are social isolation and a reduced quality of life. Moreover, the lives of relatives and
caregivers of people with dementia are also negatively affected.
Regarding navigation and orientation, most existing approaches focus on outdoor environment and people with mild dementia, who have the capability to use mobile devices. However, Rasquin (2007) observe that even a device with three buttons may be too complicated for
people with moderate to severe dementia. In addition, people who are living in care homes mainly perform indoor activities. Given this background, we decided to focus on designing a system for indoor environments for people with moderate to severe dementia, who are unable
or reluctant to use smartphone technology.
Adopting user-centered design approach, context and requirements of people with dementia were gathered as a first step to understand needs and difficulties (especially in spatial disorientation and wayfinding problems) experienced in dementia care facilities. Then, an "Implicit Interactive Intelligent (III) Environment" for people with dementia was proposed emphasizing implicit interaction and natural interface. The backbone of this III Environment is based on supporting orientation and navigation tasks with three systems: a Monitoring system, an intelligent system, and a guiding system. The monitoring system and intelligent system automatically detect and interpret the locations and activities performed by the users i.e. people with dementia. This approach (implicit input) reduces cognitive workload as well as physical workload on the user to provide input. The intelligent system is also aware of context, predicts next situations (location, activity), and decides when to provide an appropriate service to the users. The guiding system with intuitive and dynamic environmental cues (lighting with color) has the responsibility for guiding the users to the places they need to be.
Overall, three types of a monitoring system with Ultra-Wideband and iBeacon technologies, different techniques and algorithms were implemented for different contexts of use.
They showed a high user acceptance with a reasonable price as well as decent accuracy and precision. In the intelligent system, models were built to recognize the users’ current activity, detect the erroneous activity, predict the next location and activity, and analyze the
history data, detect issues, notify them and suggest solutions to caregivers via visualized web interfaces. About the guiding systems, five studies were conducted to test and evaluate the effect of lighting with color on people with dementia. The results were promising. Although
several components of III Environment in general and three systems, in particular, are in place (implemented and tested separately), integrating them all together and employing this in the dementia context as a fully properly evaluation with formal stakeholders (people with
dementia and caregivers) are needed for the future step.
N2  - Demenz ist ein komplexes neurodegeneratives Syndrom, von dem bis zum Jahre 2050 weltweit 135 Millionen Menschen betroffen sein könnten. Menschen mit Demenz erleben
einen fortschreitenden Verlust ihrer kognitiven Fähigkeiten und haben Probleme alltägliche Aufgaben durchzuführen, was auch Orientierung und Navigationsaufgaben einschließt. Sie haben sogar Schwierigkeiten, sich in einer für sie vertrauten Umgebung zurechtzufnden.
Orientierungslosigkeit oder die Angst davor sich zu verlaufen können sich zu negativen psychische Zuständen wie Ängstlichkeit, Misstrauen, Illusionen oder  Aggressionen entwickeln.
Häufges Ergebnis sind soziale Isolation und eine reduzierte Lebensqualität. Darüber hinaus betreffen diese Probleme auch die Leben von Verwandten und Pflegern der Menschen mit Demenz.
Die meisten bestehenden Ansätze zur Navigation und Orientierung konzentrieren sich auf indoor Aktivitäten und Menschen mit milder Demenz, die fähig sind Mobile Geräte zu nutzen. Wie Rasquin (2007) beobachtete, kann aber sogar ein Gerät mit drei Knöpfen zu
kompliziert für Menschen mit mittlerer bis schwerer Demenz sein. Zusätzlich fnden die meisten Aktivitäten von Pflegeheimbewohnern innerhalb des Gebäudes statt. Vor diesem Hintergrund beschlossen wir uns auf das Design eines Indoor-Navigationssystems für Menschen mit mittlerer bis schwerer Demenz zu konzentrieren, die nicht in der Lage oder nicht willens sind Smartphones zu nutzen.
In einem Nutzerzentrierten Design Ansatz erhoben wir zuerst den Kontext und die Anforderungen für Menschen mit Demenz um Bedürfnisse und Schwierigkeiten (besonders der
räumlichen Orientierungslosigkeit und Navigation) zu verstehen, die in Demenz - Pflegeeinrichtungen auftreten. Dann schlugen wir ein „Implicit Interactive Intelligent (III) Environment“ für Menschen mit Demenz vor, das die implizite Interaktion mit natürlichen Bedienoberflächen betont. Die Grundlage dieses III Environments besteht darin, Orientierungsund Navigationsaufgaben durch drei Systeme zu unterstützen: ein Überwachungssystem, ein
intelligentes System, und ein Leitsystem. Das Überwachungssystem und das intelligente System erkennen und interpretieren automatisch die Standorte und Aktivitäten der Nutzer, d.h. Menschen mit Demenz. Dieser Ansatz (implicit input) reduziert mentale sowie körperliche Belastung des Nutzers hinsichtlich der Eingaben. Das intelligente System kennt den Kontext, sagt bevorstehende Situationen vorher (Standort, Aktivität) und entscheidet, wann es dem Nutzer Ausgaben zur Verfügung stellt. Das Leitsystem ist mit seinen intuitiven
und dynamischen Umgebungshinweisen (farbige Beleuchtung) zuständig die Nutzer an ihre Plätze zu führen.
Insgesamt wurden drei Varianten eines Überwachungssystems mit Ultra-Breitband und iBeacon Technologie, unterschiedlichen Techniken und Algorithmen für verschiedene Nutzerkontexte entwickelt. Sie zeigen hohe Nutzerakzeptanz bei vernünftigen Preisen sowie akzeptabler
Messgenauigkeit und Klassifkationspräzision. Im intelligenten System wurden Modelle integriert, die die aktuelle Aktivität und Fehlverhalten der Nutzer erkennen, ihren nächsten Standort und Aktivität voraussagten und frühere Daten analysierten, Probleme identifzieren
und vermerken und Pflegern Lösungen in visuellen Benutzerschnittstellen vorschlagen. Die Leitsysteme wurden in sechs Studien getestet um den Effekt ihrer farbigen Beleuchtung auf Menschen mit Demenz zu evaluieren. Die Ergebnisse sind vielversprechend. Obwohl
einige Komponenten des III Environments im Allgemeinen und drei Systeme im Speziellen bereit sind (implementiert und separat getestet), ist es für zukünftige Schritte notwendig, alles zu integrieren, im Demenz Kontext einzusetzen und mit offziellen Interessenvertretern
(Menschen mit Demenz) vollständig zu evaluieren.
KW  - indoor navigation
KW  - people with dementia
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155235
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aschenbrenner, Doris
T1  - Human Robot Interaction Concepts for Human Supervisory Control  and Telemaintenance Applications in an Industry 4.0 Environment
T1  - Mensch-Roboter-Interaktionskonzepte für Fernsteuerungs- und Fernwartungsanwendungen in einer Industrie 4.0 Umgebung
N2  - While teleoperation of technical highly sophisticated systems has already been a wide field of research, especially for space and robotics applications, the automation industry has not yet benefited from its results. Besides the established fields of application, also production lines with industrial robots and the surrounding plant components are in need of being remotely accessible. This is especially critical for maintenance or if an unexpected problem cannot be solved by the local specialists.

Special machine manufacturers, especially robotics companies, sell their technology worldwide. Some factories, for example in emerging economies, lack qualified personnel for repair and maintenance tasks. When a severe failure occurs, an expert of the manufacturer needs to fly there, which leads to long down times of the machine or even the whole production line. With the development of data networks, a huge part of those travels can be omitted, if appropriate teleoperation equipment is provided. 

This thesis describes the development of a telemaintenance system, which was established in an active production line for research purposes. The customer production site of Braun in Marktheidenfeld, a factory which belongs to Procter & Gamble, consists of a six-axis cartesian industrial robot by KUKA Industries, a two-component injection molding system and an assembly unit. The plant produces plastic parts for electric toothbrushes. 

In the research projects "MainTelRob" and "Bayern.digital", during which this plant was utilised, the Zentrum für Telematik e.V. (ZfT) and its project partners develop novel technical approaches and procedures for modern telemaintenance. The term "telemaintenance" hereby refers to the integration of computer science and communication technologies into the maintenance strategy. It is particularly interesting for high-grade capital-intensive goods like industrial robots. Typical telemaintenance tasks are for example the analysis of a robot failure or difficult repair operations. The service department of KUKA Industries is responsible for the worldwide distributed customers who own more than one robot. Currently such tasks are offered via phone support and service staff which travels abroad. They want to expand their service activities on telemaintenance and struggle with the high demands of teleoperation especially regarding security infrastructure. In addition, the facility in Marktheidenfeld has to keep up with the high international standards of Procter & Gamble and wants to minimize machine downtimes. Like 71.6 % of all German companies, P&G sees a huge potential for early information on their production system, but complains about the insufficient quality and the lack of currentness of data.

The main research focus of this work lies on the human machine interface for all human tasks in a telemaintenance setup. This thesis provides own work in the use of a mobile device in context of maintenance, describes new tools on asynchronous remote analysis and puts all parts together in an integrated telemaintenance infrastructure. With the help of Augmented Reality, the user performance and satisfaction could be raised. A special regard is put upon the situation awareness of the remote expert realized by different camera viewpoints. In detail the work consists of:

- Support of maintenance tasks with a mobile device
- Development and evaluation of a context-aware inspection tool 
- Comparison of a new touch-based mobile robot programming device to the former teach pendant
- Study on Augmented Reality support for repair tasks with a mobile device 
- Condition monitoring for a specific plant with industrial robot
- Human computer interaction for remote analysis of a single plant cycle
- A big data analysis tool for a multitude of cycles and similar plants
- 3D process visualization for a specific plant cycle with additional virtual information
- Network architecture in hardware, software and network infrastructure
- Mobile device computer supported collaborative work for telemaintenance
- Motor exchange telemaintenance example in running production environment
- Augmented reality supported remote plant visualization for better situation awareness
N2  - Die Fernsteuerung technisch hochentwickelter Systeme ist seit vielen Jahren ein breites Forschungsfeld, vor allem im Bereich von Weltraum- und Robotikanwendungen. Allerdings hat die Automatisierungsindustrie bislang zu wenig von den Ergebnissen dieses Forschungsgebiets profitiert. Auch Fertigungslinien mit Industrierobotern und weiterer Anlagenkomponenten müssen über die Ferne zugänglich sein, besonders bei Wartungsfällen oder wenn unvorhergesehene Probleme nicht von den lokalen Spezialisten gelöst werden können.
Hersteller von Sondermaschinen wie Robotikfirmen verkaufen ihre Technologie weltweit. Kunden dieser Firmen besitzen beispielsweise Fabriken in Schwellenländern, wo es an qualifizierten Personal für Reparatur und Wartung mangelt. Wenn ein ernster Fehler auftaucht, muss daher ein Experte des Sondermaschinenherstellers zum Kunden fliegen. Das führt zu langen Stillstandzeiten der Maschine. Durch die Weiterentwicklung der Datennetze könnte ein großer Teil dieser Reisen unterbleiben, wenn eine passende Fernwartungsinfrastruktur vorliegen würde.
Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Fernwartungssystems, welches in einer aktiven Produktionsumgebung für Forschungszwecke eingerichtet wurde. Die Fertigungsanlage des Kunden wurde von Procter & Gamble in Marktheidenfeld zur Verfügung gestellt und besteht aus einem sechsachsigen, kartesischen Industrieroboter von KUKA Industries, einer Zweikomponentenspritzgussanlage und einer Montageeinheit. Die Anlage produziert Plastikteile für elektrische Zahnbürsten. Diese Anlage wurde im Rahmen der Forschungsprojekte "MainTelRob" und "Bayern.digital" verwendet, in denen das Zentrum für Telematik e.V. (ZfT) und seine Projektpartner neue Ansätze und Prozeduren für moderne Fernwartungs-Technologien entwickeln. 
Fernwartung bedeutet für uns die umfassende Integration von Informatik und Kommunikationstechnologien in der Wartungsstrategie. Das ist vor allem für hochentwickelte, kapitalintensive Güter wie Industrierobotern interessant. Typische Fernwartungsaufgaben sind beispielsweise die Analyse von Roboterfehlermeldungen oder schwierige Reparaturmaßnahmen. Die Service-Abteilung von KUKA Industries ist für die weltweit verteilten Kunden zuständig, die teilweise auch mehr als einen Roboter besitzen. Aktuell werden derartige Aufgaben per Telefonauskunft oder mobilen Servicekräften, die zum Kunden reisen, erledigt. Will man diese komplizierten Aufgaben durch Fernwartung ersetzen um die Serviceaktivitäten auszuweiten muss man mit den hohen Anforderungen von Fernsteuerung zurechtkommen, besonders in Bezug auf Security Infrastruktur. 
Eine derartige umfassende Herangehensweise an Fernwartung bietet aber auch einen lokalen Mehrwert beim Kunden: Die Fabrik in Marktheidenfeld muss den hohen internationalen Standards von Procter & Gamble folgen und will daher die Stillstandzeiten weiter verringern. Wie 71,6 Prozent aller deutschen Unternehmen sieht auch P&G Marktheidenfeld ein großes Potential für frühe Informationen aus ihrem Produktionssystem, haben aber aktuell noch Probleme mit der Aktualität und Qualität dieser Daten.
Der Hauptfokus der hier vorgestellten Forschung liegt auf der Mensch-Maschine-Schnittstelle für alle Aufgaben eines umfassenden Fernwartungskontextes. Diese Arbeit stellt die eigene Arbeiten bei der Verwendung mobiler Endgeräte im Kontext der Wartung und neue Softwarewerkzeuge für die asynchrone Fernanalyse vor und integriert diese Aspekte in eine Fernwartungsinfrastruktur. In diesem Kontext kann gezeigt werden, dass der Einsatz von Augmented Reality die Nutzerleistung und gleichzeitig die Zufriedenheit steigern kann. Dabei wird auf das sogenannte "situative Bewusstsein" des entfernten Experten besonders Wert gelegt. 

Im Detail besteht die Arbeit aus:

- Unterstützung von Wartungsaufgaben mit mobilen Endgeräten
- Entwicklung und Evaluation kontextsensitiver Inspektionssoftware
- Vergleich von touch-basierten Roboterprogrammierung mit der Vorgängerversion des Programmierhandgeräts
- Studien über die Unterstützung von Reparaturaufgaben durch Augmented Reality
- Zustandsüberwachung für eine spezielle Anlage mit Industrieroboter
- Mensch-Maschine Interaktion für die Teleanalyse eines Produktionszyklus
- Grafische Big Data Analyse einer Vielzahl von Produktionszyklen
- 3D Prozess Visualisierung und Anreicherung mit virtuellen Informationen
- Hardware, Software und Netzwerkarchitektur für die Fernwartung
- Computerunterstützte Zusammenarbeit mit Verwendung mobiler Endgeräte für die Fernwartung
- Fernwartungsbeispiel: Durchführung eines Motortauschs in der laufenden Produktion
- Augmented Reality unterstütze Visualisierung des Anlagenkontextes für die Steigerung des situativen Bewusstseins
T3  - Forschungsberichte in der Robotik = Research Notes in Robotics - 13 
KW  - Fernwartung
KW  - Robotik
KW  - Mensch-Maschine-Schnittstelle
KW  - Erweiterte Realität
KW  - Situation Awareness
KW  - Industrie 4.0
KW  - Industrial internet
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-150520
SN  - 978-3-945459-18-8
ER  -