Optimized Design Process for Haptic Systems by Systematic Consideration of Perception and Ergonomic Aspects
Human Factors, Ergonomics, Human-Machine Systems
Final Report Abstract
Die haptische Interaktion des Menschen ist ein vielversprechender Ansatz, neuartige Mensch-Maschine-Schnittstellen zu realisieren. Durch die bidirektionalen Eigenschaften dieser Interaktion entstehen aber hohe Anforderungen an die technischen Systeme, die aktuell nur mit hohen Kosten hergestellt werden können. Im Rahmen des Projekts Optimierte Entwurfsverfahren für haptische Systeme durch systematische Berücksichtigung von Wahrnehmungs- und Ergonomieaspekten wurde der Ansatz verfolgt, die Berücksichtigung der menschlichen Wahrnehmung und generellen Eigenschaften der Interaktion in bestehende mechatronische Entwurfsverfahren zu integrieren, um den Entwurfsprozess haptischer Systeme zu vereinfachen. Dazu wurde ein Messplatz aufgebaut, der die Messung unterschiedlicher Wahrnehmungskennwerte ermöglicht. Eine Vielzahl psychometrischer Verfahren wurde analysiert und in Bezug auf Korrektheit, Effizienz und Präzision mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen evaluiert. Parametrische Verfahren wie Ψ und UML zeigen dabei herausragende Leistungseigenschaften, wenn die zugrundeliegenden Annahmen gerechtfertigt sind. Im Rahmen des Projekts wurden zwei Studien zu Einflussparametern auf die haptische Wahrnehmung und den subjektiven Eindrücken von Testpersonen in Bezug auf verschiedene psychometrische Verfahren durchgeführt. Die erste Studie untersucht insbesondere den Effekt von chirurgischen Handschuhen auf absolute und differentielle Wahrnehmungsschwellen. Sie zeigte neben den bekannten Einflüssen keine neue Einflüsse durch das Tragen von persönlicher Schutzausrüstung, so dass keine zusätzlichen Anforderungen beim Entwurf medizinischer Systeme mit haptischer Rückmeldung auftreten. Die zweite Studie untersucht aktuell den Effekt unterschiedlicher psychometrischer Methoden und Paradigmen auf Motivation und Belastungsempfindung der Testpersonen. Hier werden neben den bekannten Staircase-Methoden die UML- und Ψ-Methoden sowie einfache und Forced-Choice-Antwortparadigmen mit und ohne zusätzlicher, unsicherer Auswahloption. Auf Basis der Interaktionswege an der Mensch-Maschine-Schnittstelle und typischer Anwendungen für haptische Systeme wurden Vorschläge für die Anpassung des V-Entwicklungsmodells erarbeitet. Diese sehen insbesondere eine Interaktionsanalyse im Rahmen der Anforderungsermittlung inkl. der mit dem haptischen System zu erreichenden Evaluierungsziele vor. Weiterhin wurden Evaluationsmethoden unter Berücksichtigung typischer Anwendungen systematisiert.
Publications
- Engineering Haptic Devices. Springer Series on Touch and Haptic Systems. ISBN 978-1-4471-6517-0. London, GB: Springer, 2014
C. Hatzfeld und T. A. Kern, Hrsg.
(See online at https://dx.doi.org/10.1007/978-1-4471-6518-7) - „Performance simulation of unforced choice paradigms in parametric psychometric procedures“. In: World Haptics Conference (WHC), 2015 IEEE. IEEE. Evanston, IL, USA, 2015, S. 475–481
C. Hatzfeld, M. Kupnik und R. Werthschützky
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/WHC.2015.7177757) - „It’s all about the Subject - Options to Improve Psychometric Procedure Performance“. In: Proceedings of Eurohaptics 2016. LNCS. London, GB: Springer, 2016
C. Hatzfeld, V Q. Hoang und M. Kupnik
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-319-42321-0_36) - „Vibrotactile Force Perception - Absolute and Differential Thresholds and External Influences“. In: IEEE Transactions on Haptics PP.99 (2016), S. 1–1
C. Hatzfeld u. a.
(See online at https://doi.org/10.1109/TOH.2016.2571694)
