Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1043815
Langer, Dorothea
Bullinger-Hoffmann, Angelika C. (Prof. Dr.) ; Onnasch, Linda (Prof. Dr.) (Gutachter)
Verbesserung der Barrierefreiheit in der Mensch-Roboter-Interaktion: Nutzerzentrierte Entwicklung und Bewertung von Objektübergaben für sehbehinderte und sehende Nutzer
Kurzfassung in deutsch
Wenn Serviceroboter in öffentlichen Räumen eingesetzt werden, treffen sie dort auf sehr unterschiedliche Nutzer. Daher müssen sie als soziale Roboter konzipiert sein, die mit diesen Nutzern interagieren können, und zudem barrierefrei gestaltet sein. Bisher hat die Forschung Barrierefreiheit in der Mensch-Roboter-Interaktion (MRI) kaum adressiert. Zudem konzentriert sie sich üblicherweise auf eine eng definierte Nutzergruppe mit einer Behinderung, ohne Vergleiche zu nicht behinderten Nutzern. In dieser Dissertation wird das nutzerzentrierte Design sowie die Evaluation eines Interaktionskonzepts für robotische Objektübergabe für sehbehinderte und sehende Nutzer vorgestellt, mit dem Ziel die Barrierefreiheit in der MRI zu verbessern. Robotische Objektübergabe ist eine grundlegende Fähigkeit von Servicerobotern. Objektübergaben sind komplexe gemeinschaftliche Aktionen, die ein hohes Maß an Koordination erfordern. Die Planung des robotischen Greifens muss Objekteigenschaften berücksichtigen, wie z.B. deren Gefährlichkeit sowie die Objektorientierung, z.B. indem sie sich an menschliche Konventionen anpasst. Die bestehende Forschung berücksichtigt die dafür notwendigen Faktoren nicht ausreichend. Darüber hinaus ist Koordination für erfolgreiche Objektübergaben von entscheidender Bedeutung, wobei das Blickverhalten eine wichtige Rolle spielt. Aktive Blickkoordination, die durch die Detektion menschlichen Blickkontakts von Seiten des Roboters erleichtert wird, verbessert die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter. Jedoch sind alternative Koordinationsmethoden erforderlich, wenn Blickkontakt nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, z.B. bei sehbehinderten Nutzern (engl.: blind und visually impaired - BVI). Strategien von BVI bei Objektübergaben von Mensch zu Mensch liefern dafür nutzbare Erkenntnisse. Für BVI ist es besonders wichtig, dass sie während aller Übergabephasen über den aktuellen Status des Systems zu informiert oder Sprachbefehle für die Abfrage dieser Informationen zugelassen werden. Sprachbenutzerschnittstellen (engl.: Voice User Interface - VUI) sind bei digitalen Technologien für blinde und sehbehinderte Nutzer von entscheidender Bedeutung, wobei Sprachbefehle ihre am häufigsten verwendete Interaktionsmodalität sind. Zur Gestaltung von Interaktionsdesigns für verschiedene Nutzergruppen eingesetzte Methoden erfordern eine sorgfältige Berücksichtigung der einzigartigen Anforderungen und Vorlieben dieser Gruppen. Dies kann der nutzerzentrierte Designprozess (engl.: User Centered Design – UCD) nach ISO 9241-210 gewährleisten, bei dem Nutzer während der gesamten Entwicklung einbezogen werden. Die Evaluation einer robotischen Objektübergabe birgt weitere Herausforderungen, da es aufgrund verschiedener Taxonomien und Metriken keine universelle Methode zur Bewertung von MRI gibt. Zur Evaluation der Mensch-System-Interaktion im Allgemeinen ist der gängige Standard die Bewertung der Usability nach ISO 9241-11, mit Metriken wie Effektivität, Effizienz und Zufriedenstellung. Die Norm behandelt außerdem die Barrierefreiheit als erwünschtes Ergebnis einer Interaktion und bildet daher eine angemessene Grundlage für die Evaluation barrierefreier robotischer Objektübergaben. Aus den beschriebenen Herausforderungen wurde die Forschungsfrage dieser Arbeit abgeleitet: Wie kann die robotergestützte Objektübergabe so gestaltet werden, dass sie Nutzerbedürfnisse von BVI sowie sehenden Nutzern erfüllt und beide gleichermaßen unterstützt? Die zentralen Arbeitshypothesen sind, dass zur Zielerreichung die nutzerzentrierte Entwicklung (1) einer VUI zur Koordination von Übergaben ohne Sichtkontakt sowie (2) von robotergesteuerten Greifstrategien notwendig sind, deren kombinierte Anwendung (3) beiden Gruppen in gleichem Maße eine effektive, effiziente und subjektiv positiv empfundene robotische Objektübergabe ermöglicht. Die Forschungsfrage wird in drei Studien beantwortet, der (1) VUI-Studie, (2) Greifstudie und (3) Evaluationsstudie. In der VUI-Studie wurde ein umfassender Sprachdialog für robotische Objektübergaben an Nutzer mit als auch ohne visuelle Einschränkungen entwickelt und gegen die Nutzeranforderungen getestet. Die Ergebnisse zeigten Zufriedenheit mit der Sprachinteraktion, was sowohl Sehenden als auch BVI zugutekommt. Zudem zeigte die Studie, dass die punktuelle Beteiligung von BVI am Anfang und Ende des UCD eine zufriedenstellende Anwendbarkeit ermöglichen kann. In der Greifstudie wurde eine robotische Greifstrategie, für Nutzer sowohl mit als auch ohne visuelle Einschränkungen, entwickelt und mit Nutzern evaluiert. Die Ergebnisse unterstützen die Empfehlung, dass sich Objektorientierung und Greifverhalten an erlernten menschlichen Konventionen orientieren sollten, insbesondere bei gefährlichen Objekten, bei denen der Robotergeifer Objektbereiche abdecken sollte, von denen ein Verletzungsrisiko ausgeht. Die Evaluationsstudie, durchgeführt mit einem Roboterprototypen mit Sprachschnittstelle und haptischem Feedback, ergab eine akzeptable Usability und positive Nutzerwahrnehmung der Objektübergabe in allen Gruppen. Es wurden jedoch Bedenken hinsichtlich der benötigten Zeit für Übergaben geäußert, und das Feedback von BVI war im Vergleich zu sehenden Nutzern variabler. Dies lässt sich u.a. durch die größere Heterogenität der BVI Nutzer und technische Unzulänglichkeiten des Roboterprototypen erklären. Die Arbeit hat mehrere Limitationen, darunter der Fokus auf kurzfristige Interaktionen. Externe Faktoren wie die COVID-19-Pandemie beeinflussten methodische Entscheidungen: Während des nutzerzentrierten Designs konnten nicht alle Nutzergruppen konsistent einbezogen werden und der UCD-Prozess in der Greifstudie hatte nur eine Iteration. Außerdem umfasste die Stichprobe in der Studie zur Entwicklung von Greifstrategien nur sehende und mit Augenbinde verblindete Personen. Damit trägt die Dissertation auf verschiedene Weisen zur Entwicklung sozialer Roboter bei. Das entwickelte Interaktionskonzept kann auf verschiedene Kontexte übertragen werden, in denen Objekte an Nutzer mit und ohne Sichteinschränkungen übergeben werden, beispielsweise bei Servicerobotern in öffentlichen Räumen oder in industriellen Umgebungen. Die optische Gestaltung des Roboters ist für das Konzept nicht entscheidend, sodass es auf beliebige Roboter mit Arm und Greifer angewendet werden kann. Bei der Übertragung ist jedoch darauf zu achten, dass die Dialogstruktur der VUI und die Kriterien der Greifstrategie erhalten bleiben. Die Arbeit ist daher nur ein erster Schritt in diese Richtung. Zukünftige Forschung sollte barrierefreie Konzepte für weitere Grundfunktionalitäten sozialer Roboter entwickeln, langfristige Nutzererfahrungen barrierefreier MRI untersuchen, sowie Regeln für die multimodale Gestaltung von MRI erstellen. Zusammenfassend kann diese Dissertation als Grundlage für die Entwicklung vielseitig einsetzbarer und barrierefreier sozialer Roboter dienen.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Arbeitswissenschaft und Innovationsmanagement | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Bullinger-Hoffmann, Angelika C. (Prof. Dr.) | |
| DOI: | doi:10.60687/2026-0094 | |
| SWD-Schlagwörter: | Kollaborativer Roboter , Barrierefreiheit | |
| DDC-Sachgruppe: | 629.8924019 | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 01.12.2025 | |
| OA-Lizenz | CC BY 4.0 |
