Multi-Ebenenverknüpfung für den durchgängigen Entwurf kooperativer Mensch-Maschine-Systeme

Zur Beschreibung von Mensch-Maschine-Kooperation werden Ebenenmodelle verwendet, die die Interaktion zwischen Mensch und Maschine auf unterschiedlichen Teilebenen beschreiben. In diese Teilebenen lassen sich im Allgemeinen Tätigkeiten des Menschen und kooperative Tätigkeiten hierarchisch unterteilen, z.B. Navigationsebene (Wahl der Route), Trajektorienebene (Wahl des Fahrmanövers und der -trajektorie) und Stabilisierungs- oder Ausführungsebene (Wahl des Lenk- und Gaspedalwinkels) für die Fahraufgabe. Für diesen Ebenenmodellansatz gibt es bereits vielversprechende Methoden, die für das Design von kooperativen Systemen benutzt werden können. Bei der Entwicklung dieser Methoden wurde die Interaktion zwischen Mensch und Maschine bisher allerdings isoliert innerhalb einer Ebene betrachtet (horizontaler Fokus). Wechselwirkungen und Signalverläufe zwischen den Ebenen (vertikaler Fokus) wurden bisher nicht in den Blick genommen, sondern als gegeben angesehen, wie z.B. die Existenz und der Verlauf von Solltrajektorien als benötigte Eingangsgröße der Ausführungsebene.

Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung der Verknüpfung der Ebenen und damit die vertikale Integration der Ebenen in den Automationsentwurf. Es soll die Frage beantwortet werden, wie ein durchgängiger Entwurf aussieht, wenn alle Ebenen in Verbindung und Wechselwirkung zueinanderstehen. Im Fokus liegt insbesondere die Gestaltung der Ebenenschnittstellen als Voraussetzung dafür, dass Mensch-Maschine-Interaktion innerhalb der verschiedenen Ebenen gelingt.

Eine mögliche Anwendung, bei der Kooperation auf mehreren Ebenen stattfindet und die Schnittstellen zwischen den Ebenen relevant werden, ist die Stützung und Begleitung eines gehfähigen Patienten durch einen Roboter. Hier muss zunächst kooperativ eine gemeinsame Trajektorie verhandelt werden (Trajektorienebene). Anschließend wird die verhandelte Trajektorie kooperativ eingeregelt (Ausführungsebene).