Neue Methoden der Benutzerinteraktion für den Bremer Autonomen Rollstuhl

Betreuer

• Dr. Thomas Röfer
• Axel Lankenau

Gutachter

• Prof. Dr. Bernd Krieg-Brückner
• Dr. Thomas Röfer

Beschreibung des Themas

Es war schon immer die Aufgabe der Technik, dem Menschen bei Aufgaben zu assistieren, die er allein gar nicht oder nur schwer ausführen kann. Während diese Hilfen früher auf das zur Verfügung stellen von großen Kräften (z.B. durch Kräne oder Fahrzeuge) bzw. hoher Präzision beschränkt waren, wird mittlerweile auch Unterstützung bei Steuerungsaufgaben geboten. Ein bekanntes Beispiel aus dem täglichen Leben ist hierfür das Antiblockiersystem bei PKWs, das die Bewegung der Räder eines Fahrzeugs ständig überwacht und - falls nötig - in ein Bremsmanöver eingreift und so die Lenkbarkeit des Wagens gewährleistet.

Eine zentrale Fragestellung bei solchen Assistenzsystemen ist die der Koordination und Kooperation zwischen Mensch und Maschine, z.B. wann darf eine Maschine die Vorgabe eines Benutzers ändern oder völlig ignorieren? Woher weiß die Maschine, was der Benutzer beabsichtigt? Wie erfährt der Mensch, dass und wieso die Maschine gerade in seine Aktionen eingreift? Im Fall des ABS werden die Vorgaben des Fahrers nur in Ausnahmesituationen modifiziert, ansonsten verändert sich die Handhabung des Fahrzeugs nicht. Der Eingriff ist deutlich zu spüren, daher weiß der Fahrer, dass gerade eine Stotterbremsung durchgeführt wird. Allerdings wird diese Eindeutigkeit dadurch erkauft, dass der erzielte Effekt gering bleibt, d.h. wenn das Fahrzeug bereits vor dem Bremsen zu schnell gefahren ist, kann auch das Antiblockiersystem den Unfall nicht verhindern.

Während die Aktivierung des ABS eher die Ausnahme darstellt, ist ein Eingreifen von Assistenzsystemen für behinderte Menschen schon eher der Regelfall. Solche Systeme versuchen die Fähigkeiten des Benutzers durch Technik zu erweitern, und dies können sie nur durch eine Kooperation mit ihm erreichen. Der Behinderte muss dabei stets die Kontrolle behalten, damit er nicht durch die Technik bevormundet wird und dies auch nicht so empfindet. Außerdem müssen seine vorhandenen kognitiven Fähigkeiten möglichst weitgehend genutzt werden, da diese denen der technischen Systeme in der Regel weit überlegen sind.

Aufgabe

Der Bremer Autonome Rollstuhl "Rolland" ist ein Elektrorollstuhl, der um Sensorik und einen Computer erweitert wurde. Er verhindert Kollisionen durch rechtzeitiges Anhalten, weicht Hindernissen aus, beherrscht automatische Manöver wie das Wenden und kann längere Strecken auch vollautomatisch abfahren. Hierbei geschieht die Rückkopplung zum Benutzer lediglich durch die ausgeführten Aktionen selbst, d.h. der Fahrer wird nicht über den Systemzustand oder die nächsten Schritte informiert. Daher wirken die Eingriffe des Rollstuhls teilweise überraschend und nicht nachvollziehbar auf den Benutzer, was die Akzeptanz der gebotenen Unterstützung deutlich verringert.

Im Rahmen der Diplomarbeit sollen Methoden entwickelt werden, die den Benutzer geeignet und frühzeitig über die Aktionen des Rollstuhls informieren und ihn stärker in die Entscheidungsprozesse des Systems einbinden. Als technische Hilfsmittel ist hierfür an eine Sprachausgabe und den Einsatz eines Force-Feedback-Joysticks gedacht, andere Möglichkeiten werden aber nicht ausgeschlossen. Vorstellbare Möglichkeiten bestehen z.B. darin, die vom Rollstuhl wahrgenommenen Hindernisse durch Kräfte im Joystick zu vermitteln, so dass das beim Zufahren auf ein Hindernis mehr Widerstand zu überwinden ist als beim Umfahren eines solchen. Auch könnten Aktionen rechtzeitig per Sprache erklärt werden ("Ich werde gleich links abbiegen"). Derartige Verfahren sollen entwickelt, in die bestehende Rollstuhl-Software integriert und getestet werden.

Nach einer Einarbeitungsphase ist von dem Diplomanden/der Diplomandin ein Exposé über den geplanten Inhalt und den Aufbau der Arbeit vorzulegen und mit Betreuern und Prüfern abzustimmen. Anschließend wird die Arbeit angemeldet und ist innerhalb von sechs Monaten fertigzustellen.

Voraussetzungen

• Interesse für Robotik
• Programmierkenntnisse in C++

Vorhandene Ausstattung

• Zwei Rollstühle mit Sensorik und Bordrechner
• 2 weitere PCs, diverse Sun-Workstations
• bei Bedarf ein Force-Feedback-Joystick
• bei Bedarf eine Sound-Karte für Sprachausgabe