Realisierung nutzeradaptiven Interaktionsverhaltens für mobile Assistenzroboter

Im Zentrum dieser Dissertation steht die soziale Assistenzrobotik. In den letzten Jahren hat die Bedeutung dieses Teilgebietes der mobilen Robotik stark zugenommen und zusammen mit der Diversifizierung robotischer Fähigkeiten hat sich die Nutzergruppe hin zur breiten Masse mit potentiellen technischen Laien gewandelt. Aus dieser Situation heraus erwachsen an die Interaktionsfähigkeiten sozialer Assistenzroboter umfangreiche Anforderungen. Insbesondere stehen in dieser Arbeit die Multimodalität der Interaktion und die Anpassungsfähigkeiten an den konkreten Nutzer im Vordergrund. Am Beispiel eines Serviceroboters für die häusliche Gesundheitsassistenz, wie er in einem vom Autor mit bearbeiteten Forschungsprojekt realisiert wurde, wird zunächst der Analyse- und Entwurfsprozess für dessen Umsetzung geschildert. Im Anschluss daran wird gezeigt, wie sich aus der Systemspezifikation eine mehrschichtige Systemarchitektur ableiten lässt, welche auch auf andere Robotikanwendungen übertragbar ist. Der Fokus liegt dabei auf der modularen Realisierung einer Ablauf- und Dialogsteuerung. Um dem System eine Persönlichkeit zu geben und ein im Langzeiteinsatz akzeptierbares Dialogverhalten zu generieren, wurde ein frame-basierter Dialogmanager konzipiert und umgesetzt. Dabei wurden Aspekte wie Modularität durch ein App-Konzept, leichte Erweiterbarkeit und die Möglichkeit, nutzeradaptive Dialoge zu realisieren, berücksichtigt. Im Kern des vorgestellten Dialogsystems kommt eine gänzlich neue Methode der probabilistischen online-Planung von Dialogsequenzen zum Einsatz. Ein eigens konzipiertes Realweltexperiment konnte zeigen, dass es mit diesem System möglich ist, anhand von systeminternen aber auch nutzergetriebenen Bewertungen, das Dialogverhalten im Rahmen von durch den Designer vorgegebenen Freiheiten zur Laufzeit zu optimieren. Die Gestaltung des robotischen Gesundheitsassistenten wurde durch weitere Teilsysteme abgerundet. Unter diesen spielen verschiedene taktile Sensoriken und ein Emotionsmodell eine entscheidende Rolle für die Realisierung eines liebenswerten Begleiters. Letztendlich konnte in sehr erfolgreichen teils mehrtägigen Nutzerstudien mit Senioren die Praktikabilität des entwickelten Interaktionskonzepts und der Systemarchitektur nachgewiesen werden.The central topic of this thesis concerns social service robotics. In recent years this branch of mobile robotics in general has seen increasing interest. Due to increasing capabilities and growing fields of application of such robots, the group of potential users has changed. Unexperienced users raise extensive requirements regarding the interaction capabilities of such robots. The multi-modality of human-robot dialog and its adaptivity regarding user's preferences and needs are in the focus of this thesis. First, the analysis and specification process for such a system is explained by means of an example, which is a service robot for health assistance in home environments, as it has been developed in a research project at which the author participated. Following this, it is shown how a multi-layer system architecture is derived from that specification, which is applicable to other robotic applications as well. Though the main focus is on a modular realization for the control structures and the dialog handling. In order to enable a long term acceptability of such a system and to give it a personality, a frame-based dialog manager has been designed and is explained in detail. Aspects of interest there are modularity by means of an app-concept, extendablility, and adaptivity of the interaction skills regarding users' qirks and demands. In the core of the presented dialog system, there is a unique planning mechanism based on probabilistic reasoning in a factor graph model of the dialog going on. In a real world experiment it could be shown that this online learning concept is able to optimize dialog behavior regarding system internal as well as user driven reward signals. During the implementation of the health assistant robot further system components have been developed in order to realize a likeable companion. Among them, there are two kinds of tactile sensors and an emotion model, which are presented in this thesis as well. Finally, very successful real world user trials of the health assistant robot involving 9 elderly people are described to show that the presented concepts for system architecture and dialog modelling are viable

Konzeption und Entwicklung eines sprachgesteuerten Smart Home Systems unter Betrachtung des Internet of Things

Das Internet of Things (IoT) ist aktuell eines der trendgebenden Themen der Infor-mationstechnik. Dem Thema werden dabei viele Versprechungen, aber auch Erwar-tungen auf staatlicher, wirtschaftlicher und alltäglicher Ebene zugeordnet. Dabei besteht die Frage, was ist Hype und was ist Realität? Motivation und Zielsetzung dieser Arbeit ist es, dieses Thema zu untersuchen und Aspekte daraus in einem Smart Home System umzusetzen. Klare Zielsetzung ist die lauffähige Ver-sion eines Prototyps zu produzieren. Dieser soll den technischen Durchstich ver-schiedener Werkzeuge, Technologien und Services, als integratives Ziel dieser Arbeit, durchführen. Eine Verknüpfung mit realen Anwendungsfällen ist zur besse-ren Veranschaulichung wünschenswert, aber für die Zielerreichung nicht zwangsläu-fig erforderlich. Gleichzeitig soll der Prototyp ein stabiles Fundament für weitere Entwicklungen auf dessen Basis bereitstellen. Der Einsatz von Technologien im Be-ta-Stadium ist dadurch aber nicht ausgeschlossen, wie der Einsatz des aktuell noch in der Entwicklervorschau befindlichen Android Things zeigt

Webbasierte Evaluation eines Wissensmanagementsystems

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Computer-gestütztes, internet-basiertes Dokumentations- und Überwachungssystem für medizinisches Gehtraining bei Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit

Es ist bekannt, dass Sport wichtig für unser Wohlbefinden ist. Darüber hinaus ist körperliche Aktivität gesundheitsfördernd. Bei fast allen kardiovaskulären Erkrankungen wird ergänzend zur medikamentösen Behandlung ein Gehtraining verschrieben („Sport auf Rezept“). Bedauerlicherweise wird Sport in der heutigen Gesellschaft viel zu sehr vernachlässigt. Ein konsequentes Gehtraining ist speziell im Bereich der peripheren Durchblutungsstörungen ausschlaggebend. In Anbetracht dessen ist es erforderlich, dass die Durchführung des Trainings mittels geeigneter Software von Ärzten engmaschig überwacht werden kann. In diesem Zusammenhang wird in Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. med. Thomas Dengler, Direktor der medizinischen Klinik I im Klinikum am Plattenwald, ein Dokumentations- und Überwachungssystem für medizinisches Gehtraining bei Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit entwickelt

Entwicklung und Evaluierung von Varianten des multimodalen Dialogs für Fahrerinformationssysteme im Kraftfahrzeug

Diese Arbeit behandelt die Weiterentwicklung eines multimodalen Dialogsystems für die Navigationszieleingabe in einem Kraftfahrzeug. Sowohl die graphische Oberfläche als auch die Sprachbedienung wurden - insbesondere im Hinblick auf eine effektive und effiziente Listenauswahl - verbessert und im Anschluss daran in einem umfassenden Benutzertest evaluiertThis paper illustrates the further development of a multimodal dialogue system for entering destinations in a satellite navigation system within motor vehicles. Both the graphical user interface and the speech dialogue have been improved (with particular reference to creating an effective and efficient selection list) and evaluated in an extensive user test

KomBInoS - Modellgetriebene Entwicklung von multimodalen Dialogschnittstellen für Smart Services

Diese Arbeit ist angesiedelt im Kontext der drei Forschungsgebiete Smart Service Welt, Modellgetriebene Softwareentwicklung und Intelligente Benutzerschnittstellen. Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes zur effizienten Erstellung von multimodalen Dialogschnittstellen für Smart Services. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde mit KomBInoS ein umfassendes Rahmenwerk zur modellgetriebenen Erstellung solcher Benutzerschnittstellen entwickelt. Das Rahmenwerk besteht aus: (1) einer Metamodell-Architektur, welche sowohl eine modellgetriebene Entwicklung als auch die Komposition von multimodalen Dialogschnittstellen für Smart Services erlaubt, (2) einem methodischen Vorgehen, welches aus aufeinander abgestimmten Modelltransformationen, möglichen Kompositionsschritten und manuellen Entwicklungstätigkeiten besteht, sowie (3) einer integrierten Werkzeugkette als Implementierung der Methode. Es wurde außerdem eine cloud-fähige Laufzeitumgebung zur mobilen Nutzung der so erstellten Benutzerschnittstellen entwickelt. Als Proof-of-Concept werden acht Beispielanwendungen und Demonstratoren aus fünf Forschungsprojekten vorgestellt. Zusätzlich zur Smart Service Welt fand und findet KomBInoS auch Anwendung im Bereich der Industrie 4.0.This work is located in the context of the three research areas Smart Service World, Model-Driven Software Development and Intelligent User Interfaces. The aim of the work was to develop a holistic approach for the efficient creation of multimodal dialogue interfaces for Smart Services. To achieve this goal, KomBInoS was developed as a comprehensive framework for the model-driven creation of such user interfaces. The framework consists of: (1) a metamodel architecture that allows both model-driven development and the composition of multimodal dialogue interfaces for Smart Services, (2) a methodical approach consisting of coordinated model transformations, possible compositional steps and manual development activities, as well as (3) an integrated tool chain as an implementation of the method. Furthermore, a cloud-enabled runtime environment was developed for mobile use of the user interfaces created in this way. As proof-of-concept, eight sample applications and demonstrators from five research projects will be presented. In addition to the Smart Service Welt, KomBInoS was and is also used in the field of industry 4.0

Interaktive Dialogsysteme

Das Thema der vorliegenden Arbeit kann mit den folgenden drei Hauptfragen zusammengefasst werden: (1) was ist Dialog, (2) welche charakteristische Merkmale hat der Dialog und (3) was ist notwendig, um Dialog erfolgreich mit Hilfe von Maschinen (Computersystemen) zu simulieren. Die Arbeit wurde in der Hoffnung geschrieben, dass sie als Basis und Ausgangspunkt für weitere Forschungen in den bezeichneten wissenschaftlichen Gebieten benutzt werden kann, wie auch in der Hoffnung, dadurch die Aufmerksamkeit von Sprachwissenschaftlerinnen und Germanistinnen auf Forschungsperspektiven und Herausforderungen in diesem Gebiet zu lenken. Dabei wird auch gezeigt, wie weit die theoretischen Grundlagen, die sich auf zwischenmenschliche Dialogformen beziehen, in interaktiven Dialogsystemen implementiert werden können; welche zusätzliche Mittel notwendig sind, um solche Systeme menschenähnlicher in der Dialogkommunikation zu machen. Die Frage nach interaktiven Dialogsystemen wird vor allem aus pragmatischen Gründen gestellt, denn mit der Entwicklung der Computertechnologie werden auch die Einsatzmöglichkeiten für Computer immer mehr. Das führt dazu, dass viel mehr Menschen, vor allem Nicht-Experten, am Computer arbeiten. Die Kommunikation mit dem Computer läuft allerdings, mit Ausnahme der Erfindung und Einführung der Maus in den 1960er/1970er, bis heute noch vor allem über die Konsole (Tastatur/Monitor). Die menschliche Dialogfähigkeit zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, typische Organisationsprinzipien des Dialogs zu erkennen und anzuwenden. Die Prinzipien betreffen einerseits die kognitiven Fähigkeiten des Menschen, andererseits unterschiedliche formale Aspekte. Ein Dialogsystem sollte also diese menschliche Dialogfähigkeit in unterschiedlichen kommunikativen Situationen nachahmen können. Eben aus diesem Grund steht einerseits der Dialog als Kommunikationsmittel im Zentrum der vorliegenden Diplomarbeit, andererseits aber die Frage, wie ein gesprochener Dialog mit einem Computersystem und in welchem Ausmaß möglich wäre

Entwicklung eines UI-Konzepts für das Datenmanagement in einem kollaborativen Task Management System

Der Bedarf an Wissen für Prozesse steigt weltweit immer stärker an. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, werden Systeme benötigt, die Wissensarbeitern effektives Aufgabenmanagement bieten. Dabei muss dieses System die Charakteristiken wissensbasierter Prozesse berücksichtigen und diese in allen Phasen ihres Lebenszyklus unterstützen. Das proCollab Projekt der Universität Ulm widmet sich diesen Herausforderungen und bietet ein Lebenszyklusbasiertes Aufgabenmanagement. Dazu stellt proCollab den Wissensarbeitern Aufgabenlisten zur Verfügung mit denen sie ihre Aufgaben planen und koordinieren können. Ein umfangreiches Datenmanagement soll es Wissensarbeitern ermöglichen, Daten für Prozesse und Aufgaben auszutauschen und zu verwalten. Dazu wird in dieser Arbeit ein User Interface-Konzept entwickelt, das die im Server implementierten Funktionen dem Benutzer zur Verfügung stellt. Dieses Konzept soll sich einheitlich und konsistent in den vorhanden proCollab Web-Client integrieren