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Intuitive robot programming for novice and expert user = Intuitive Programmierung von Robotern für unerfahrene und fachkundige Nutzende
2022
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-07-01
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-08236
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/852639/files/852639.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Gebrauchstauglichkeit (frei) ; Intuitive Programmierung (frei) ; Roboter (frei) ; intuitive programming (frei) ; robots (frei) ; usability (frei) ; visual programming (frei) ; visuelle Programmierung (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Roboter haben die industrielle Automatisierung revolutioniert. Dabei hat die Automatisierung viele Vorteile -- für Mitarbeiter wie Unternehmen -- und wirkt gleichzeitig dem Fachkräftemangel entgegen. Daher erstreben viele Unternehmen, den Automatisierungsgrad weiter zu steigern. Dem steht aktuell jedoch unter anderem der Aufwand der Programmierung im Weg, der nötig ist, um ein robotisches System an neue oder geänderte Aufgaben anzupassen. Der Grund dafür ist, dass viele Roboter noch klassisch textuell programmiert werden, für das es Experten und Zeit benötigt. Um die Automatisierung voranzutreiben, muss daher die Programmierung von Robotern einfacher werden. In dieser Arbeit werden daher Konzepte entwickelt und evaluiert, die die Gebrauchstauglichkeit der Roboterprogrammierung erhöhen. Diese Konzepte fußen auf der aufgabenorientierten Programmierung (Task-Level Programming, TLP), bei der Experten generische Roboterfähigkeiten (Skills) entwickeln, die Laien instanzieren und parametrisieren können. Die entwickelten Konzepte erleichtern TLP für beide Seiten. An Experten richtet sich ein auf hierarchischen Zustandsmaschinen basierendes Programmierkonzept mit grafischer Programmierumgebung, für die Entwicklung von Skills. Mehrere Anwendungsbeispiele zeigen, wie so auch mit komplexen Systeme autonomes Verhalten erzielt werden kann. Für Laien wird eine grafische Oberfläche präsentiert, mit der sich Skills intuitiv sequenzieren und parametrisieren lassen. Mittels geometrischer Primitive lassen sich wiederkehrende Aufgaben zeiteffizient programmieren. In zwei Benutzerstudien wird die Gebrauchstauglichkeit der Software gezeigt. Ein weiteres Konzept erlaubt die Bedienung der Oberfläche über beliebige Eingabegeräte. Um die Seiten der Experten und Laien zusammenzubringen, wird eine Schnittstellenkomponente entwickelt. Die Komponente dient als Bindeglied, um Skills für Laien zur Verfügung zu stellen und diese ausführen und überwachen zu lassen. Ein wesentlicher Vorzug dieser Komponente sind dabei die Möglichkeiten zur Definition von Parametrierprozessen, womit die Parametrierung von Skills vereinfacht werden kann. Schließlich wird basierend auf den genannten Konzepten ein neues Programmierverfahren entwickelt, das die Vorteile von Programmieren durch Vormachen und TLP vereint. In einer Benutzerstudie wird gezeigt, wie dieses Verfahren im Vergleich zu reinem TLP um ein vielfaches schneller ist und eine höhere Gebrauchstauglichkeit aufweist.Robots have revolutionized industrial automation. Automation has many advantages---for employees and companies alike---and counteracts the shortage of skilled workers. That is why many companies are striving to increase the level of automation. However, one obstacle is the programming effort required to adapt a robotic system to new or changed tasks. The reason for this is that many robots are still programmed in the classic textual way, which requires experts and time. Therefore, to advance automation, the programming of robots must become easier. In this thesis, concepts are developed and evaluated that increase the usability of robot programming. These concepts are based on Task-Level Programming (TLP), in which experts develop generic robot capabilities (skills) that nonexperts can instantiate and parametrize. The developed concepts facilitate TLP for both sides. For experts, a programming concept based on hierarchical state machines is developed that facilitates the development of skills with a graphical programming environment. Several application examples are used to show how autonomous behavior can be achieved even with complex systems. For laypeople, a graphical user interface is presented, with which skills can be intuitively sequenced and parametrized. By means of geometric primitives, recurring tasks can be programmed in a time-efficient manner. Two user studies demonstrate the usability of the software. Another concept allows the user to operate the interface via arbitrary input devices. To bring the expert and layperson sides together, an interface component is developed. The component serves as a link to make skills available to laypeople and to let them be executed and monitored. A major advantage of this component is the possibility to define parametrization processes, which simplifies the parametrization of skills. Finally, based on the above concepts, a new programming method is developed that combines the advantages of Programming by Demonstration and TLP. A user study shows how this procedure is many times faster and has a higher usability compared to pure TLP.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT021481469
Interne Identnummern
RWTH-2022-08236
Datensatz-ID: 852639
Beteiligte Länder
Germany
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