Methoden der vision-basierten Nutzerwahrnehmung für eine natürliche Interaktion mit mobilen Servicrobotern

Methods of vision-based User Perception for a natural Interaction with mobile Service Robots In man-machine communication, particularly in the field of service robotics, the perception of the user is often constricted to people detection and tracking. This is in strong contrast to communication between people, where social information like gender, age, identity and facial expression is essential. The assumption of this thesis is that an improved perception of the user's state is necessary for future service robots to be successfully deployed in human centered service tasks. The example application is a service robot helping customers in a home store to find the desired products. During interaction, the robot should show a certain degree of social competence, e.g. by detecting persons and establishing and keeping eye contact. Furthermore, it should be able to build user models, identify known users robustly and estimate their affections by determining gender, age, identity and facial expression from video images. To realize this functionality, a biologically motivated separation into a peripheral and a foveal vision system is proposed. The former uses images of an omnidirectional camera with a large field of view but relatively low resolution to generate hypotheses of the position of potential users in the surroundings of the robot. Therefore, skin color and movement as well as the measurements of sonar sensors are integrated into a saliency map. Salient structures are tracked by a multi target tracking system based on the CONDENSATION algorithm. To realize a skin color detection which is insensitive to changes of the illumination chrominance, an automatic white balance algorithm was developed which takes advantage of the special geometry of the omnidirectional objective. After selecting a hypothesis, the head of the robot is continously directed in its direction. In this way, the user receives a feedback signal of the robots attention, while the robot is able to capture high resolution images of the users face suitable for a further two step analysis. The first step produces a normalized view of the users face by detecting the face and the eyes and applying affine image transformations. For the analysis itself, three methods were implemented and tested: Elastic Graph Matching, Independent Component Analysis and Active Appearance Models. With respect to the estimation of gender, age, facial expression and identity a comprehensive face image database was recorded for training and testing the different methods. The efficiency of the integrated system was demonstrated by empirical experiments.Methoden der vision-basierten Nutzerwahrnehmung für eine natürliche Interaktion mit mobilen Servicerobotern Im Gegensatz zur zwischenmenschlichen Kommunikation, bei der die Beziehungsebene im Vergleich zur Sachebene den weitaus größeren Anteil einnimmt, wird diese bei der Mensch-Roboter-Interaktion bislang nur in Ansätzen berücksichtigt. Insbesondere die Nutzerwahrnehmung bleibt in der Regel auf eine reine Personendetektion oder ein einfaches Personen-Tracking beschränkt. Vor diesem Hintergrund wurde eine verbesserte Wahrnehmung des aktuellen Zustandes des Nutzers als Voraussetzung für eine Personalisierung des Dialogs als Zielstellung dieser Arbeit abgeleitet. Beim exemplarischen Anwendungsszenario handelt es sich um einen Shopping-Assistenten, der in einem Baumarkt den Kunden bei der Suche nach Produkten behilflich ist. Dieser sollte zumindest einen gewissen Grad an sozialer Kompetenz zeigen, indem er z.B. Personen in seiner Umgebung detektiert und während der Interaktion kontinuierlich Blickkontakt hält. Um Nutzermodelle erstellen, kurzzeitig verlorene Nutzer wiedererkennen und den Gemütszustand des Nutzers abschätzen zu können, sollen Geschlecht, Alter, Identität und Gesichtsausdruck des Nutzers aus einem Videobild ermittelt werden. Für die Realisierung dieser Aufgabe wurde eine biologisch motivierte Aufteilung in ein peripheres und ein foveales Vision-System vorgeschlagen. Das periphere System arbeitet auf den Bildern einer omnidirektionalen Kamera und verfügt damit über einen sehr großen Sichtbereich, aber nur eine vergleichsweise geringe Auflösung. In diesem System werden zunächst Hypothesen über die Position von Personen im Umfeld des Roboters gebildet. Dafür werden Hautfarbe, Bewegung und Entfernung in einer Auffälligkeitskarte integriert und auffällige Bildbereiche mittels eines Multi-Target-Trackers verfolgt. Für die omnidirektionale Kamera wurde ein automatischer Weißabgleich entwickelt, der die Hautfarbdetektion unempfindlich gegen Änderungen der Chrominanz der Beleuchtung macht. Nach Auswahl einer Nutzerhypothese wird der Kopf des Roboters kontinuierlich in die entsprechende Richtung ausgerichtet. Damit erhält der Nutzer zum einen eine Rückmeldung über die gerichtete Aufmerksamkeit des Roboters während der Interaktion. Zum anderen kann der Roboter hochaufgelöste Bilder der Person aufnehmen, so dass eine weitere nachfolgende Analyse ermöglicht wird. Diese ist wiederum in zwei Teilschritte unterteilt. Der erste Schritt besteht aus einer Detektion des Gesichtes und einer anschließenden Detektion der Augen, anhand derer eine normalisierte Darstellung des Gesichtes erzeugt wird. Für den Analyseschritt wurden das Elastic-Graph-Matching, die Independent Component Analysis und die Active-Appearance Models implementiert und vergleichend untersucht. Unter Berücksichtigung der Anforderungen einer Geschlechts-, Alters-, Mimik- und Identitätsschätzung wurde hierfür eine umfassende Gesichtsdatenbank zum Training und zum Test der Verfahren angelegt. Die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems wurde schließlich anhand von empirischen Experimenten demonstriert

Praxis der Digitalen Signalverarbeitung

Die Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung werden im Rahmen von acht praktischen Versuchen vorgestellt. Die Bandbreite der Experimente reicht von Sensordatenfusion über die Schwingungsanalyse bis hin zu Akustik und Bildverarbeitung. Die vermittelten Inhalte sollen die Leser mit der praktischen Anwendung von modernen Methoden der Signalverarbeitung vertraut machen und ihnen hilfreiche Werkzeuge an die Hand geben, deren Beherrschung im Berufsalltag oftmals verlangt wird

Praxis der Digitalen Signalverarbeitung

Die Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung werden im Rahmen von acht praktischen Versuchen vorgestellt. Die Bandbreite der Experimente reicht von Sensordatenfusion über die Schwingungsanalyse bis hin zu Akustik und Bildverarbeitung. Die vermittelten Inhalte sollen die Leser mit der praktischen Anwendung von modernen Methoden der Signalverarbeitung vertraut machen und ihnen hilfreiche Werkzeuge an die Hand geben, deren Beherrschung im Berufsalltag oftmals verlangt wird

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2021

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben bietet zum fünften Mal ein national einzigartiges fachübergreifendes Konferenz- und Ausstellungsformat an den Schnittstellen von Produktentwicklung und Industriedesign. Die fortschreitende Integration digitaler Technologien im Bereich Produktentwicklung und Industriedesign führt gerade zu einer massiven Transformation der Arbeitsprozesse und hin zu einer enormen Erweiterung von Möglichkeiten –angefangen von der Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses mithilfe von Methoden und Techniken des Systems Engineering, über die Vernetzung und Automatisierung von Produktionsanlagen und Produkten, Predictive Maintenance durch digitale Zwillinge bis hin zur nachhaltigen Produktion vollständig recyclebarer Güter. Hinsichtlich der Einreichung sind Schnittstellen mit folgenden aktuellen Schlüsselthemen von besonderem Interesse: Virtuelle Methoden in der Produktentwicklung: Mit Blick auf den Lebenszyklus der Produktentwicklung stehen die digitalen Möglichkeiten bezüglich Innovation, Design und Umsetzung im Vordergrund. Wie können beispielsweise Daten über Produkte und deren Nutzung in Simulationen in Echtzeit zusammengestellt, zielgerichtet variiert und ausgewertet werden? Wie können digitale Tools in der Innovationsphase helfen, verteilte Informationen und Ideen zu sammeln und zu strukturieren? Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Umgang und Einsatz des Systems Engineering, von Methoden der künstlichen Intelligenz und des machine learning. Mensch-Maschine-Interaktion: Mit der Weiterentwicklung der Automatisierung hin zur umfassenden Kooperation von Mensch und Technik bis hinein in Produktentwurf und -entwicklung stellt sich die Frage, wie diese zukünftige Partnerschaft durch nutzerzentrierte Designs gestaltet werden soll? Welche Zwischenschritte und Zugänge sind notwendig, um Interfaces zum Beispiel via VR/AR so adaptiv und lernförderlich wie möglich zu gestalten und zugleich notwendige Grenzziehungen zwischen Mensch und Maschine zu definieren? Kollaboration: Produktentwicklung und -design leben von kreativem Zusammenwirken. Wie kann diese Kreativität durch Methoden, Arbeitsumgebung und digitale Tools unterstützt werden? Lassen sich Kreativität und Serendipität messen und entsprechend planen? Welche Rolle spielt Kollaboration bei der agilen Produktentwicklung und bei der Organisation von umfangreichen Partner-Ökosystemen? Und wie lässt sich zum Beispiel die Zusammenarbeit in Design Teams auf die universitäre Lehre übertragen? Nachhaltigkeit/Transfer: Zentral für neue Produkte ist die Verbindung zur Gesellschaft im Allgemeinen und zur Nutzer- bzw. Anspruchsgruppe im Speziellen. Gerade mit Blick auf nachhaltige Produkte mit einem möglichst langen Lebenszyklus sind datengetriebene Analysen zum Nutzerverhalten genauso zentral wie die passgenaue Entwicklung und Planung für eine ressourcensparende Produktion. Dies sind alles wesentliche Bestandteile der additiven Fertigung und späteren Rekonfigurationen. Hierfür ist es unabdingbar Kategorien der Materialwissenschaften, Kreislaufwirtschaft und neueste Ansätze der Produktentwicklung miteinander zu verknüpfen, um die Effizienz der Entwicklung und die Nachhaltigkeit der Produkte gleichzeitig zu steigern.:Digitalisierung der Engineering Prozesse durch System Lifecycle Management (SysLM) Martin Eigner 11 Umgang mit Marktunsicherheiten in der Zielsystementwicklung: Methode zur Reduktion von Definitionslücken bei der Konkretisierung des Initialen Zielsystems Valentin Zimmermann, Christoph Kempf, Leo Hartmann, Nikola Bursac, Albert Albers 21 Digitale Lösungssammlung von Konstruktionsprinzipien für die Agile Entwicklung von Leichtbaustrukturen für Luftfahrzeuge Jutta Abulawi, Maximilian Weigand 35 Ansatz zur Erarbeitung einer Methodenauswahl für nachhaltige Produktentwicklung in KMUs Björn Ragnar Kokoschko, Laura Augustin, Christiane Beyer, Michael Schabacker 49 Kontrollierte Fragebogenentwicklung zur Messung erlebter Qualität von Produkten der Dräger Safety auf haptischer, optischer und akustischer Ebene Julia Schneider, Christian Wölfel, Sarah Wandel, Michael Richenberger 59 Was können wir von Ablehnung lernen? Eine Befragung von NichtnutzerInnen im Kontext einer Produktentwicklung Laura Augustin, Sabrina Pfrang, Björn Kokoschko, Andrea Wolffram, Michael Schabacker 71 Digitale Landwirtschaft und das User-Interface – eine Herstellersicht Michael Jendis 85 Data Model Canvas für die IT-System-übergreifende Integration von Datenmodellen zur Unterstützung von Datenanalyse-Anwendungen im Produktlebenszyklus Thomas Eickhoff, Andreas Eiden, Jonas Gries, Jens C. Göbel 99 Montagegerechte Gestaltungsrichtlinien mittels Deep Learning Johanna Gerlach, Alexander Riedel, Seyyid Uslu, Frank Engelmann, Nico Brehm 111 Hybride Simulationstechnik – Prototypenerkenntnisse in den Produktneuentwicklungsprozess einbinden Dennis Kaczmarek, Armin Lohrengel 123 Zeitliche und inhaltliche Konvergenz der Lösungsfindung als zentrale Herausforderung in Hybriden Produktentwicklungsprozessen – eine Empirische Analyse von Stanfords ME310-Prozessmodell Frank Koppenhagen, Tim Blümel, Tobias Held, Christoph Wecht 137 Better Change a Running System – Implementierung von Innovations- und Nachhaltigkeitsprozessen in Entwicklungsabteilungen Oliver Keller, Paul Stawenow, Marco Kapetan 155 User Research im Zukunftsorientiertem Design-Thinking: Eine Ganzheitliche Methode für das Stakeholder-Management in der Service-Optimierung Mehdi Mozuni, Maren Ohlhoff, Gerhard Glatzel 163 Virtual-Reality-Umgebung für die Visualisierung von Entwicklungszielgrößen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung Felix Pfaff, Simon Rapp, Albert Albers 175 Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung Jakob Harlan, Benjamin Schleich, Sandro Wartzack 189 Textile Engineering ›SurFace‹: Oberflächenentwurf von der taktilen zur grafischen zur taktilen Erfahrbarkeit im Design Engineering der Zukunft Marina-Elena Wachs, Theresa Scholl, Gesa Balbig, Katharina Grobheiser 201 Effiziente und Robuste Entwicklung komplexer Faserverbund-Triebwerkstrukturen Sebastian Spitzer, Fabian Folprecht, Alrik Dargel, Christoph Klaus, Albert Langkamp, Maik Gude 215 Maschinenkonzept zur additiven Fertigung großdimensionierter Titan-Bauteile Andreas Kalb, Florian M. Dambietz, Peter Hoffmann 227 VIKA – Konzeptstudien eines virtuellen Konstruktionsberaters für additiv zu fertigende Flugzeugstrukturbauteile Johann Steffen 237 Entwicklung einer agil-strukturierten Prozesslösung mittels ASD – Agile Systems Design für das technische Änderungsmanagement im After Sales eines OEM der Automobilindustrie Jonas Heimicke, Sascha Pfau, Linda Vetten, Albert Albers 255 Methoden für die durchgängige Anwendung einer EBOM mithilfe klassenbasierter Substitutionsobjekte Jonathan Leidich, Peter Robl, Julien Raphael Mrowka 271 Anforderungsmanagement in der Agilen Entwicklung Mechatronischer Systeme – ein Widerspruch in sich? Nikola Bursac, Simon Rapp, Lukas Waldeier, Steffen Wagenmann, Albert Albers, Magnus Deiss, Volker Hettich 283 Akzeptanzanalyse zum Einsatz von Hybriden Prototypen und Extended Reality in der Produktentstehung Liesa Zimmermann, Kathrin Konkol, Elisabeth Brandenburg, Rainer Stark 297 Interdisziplinäre Produktentwicklung – Beschreibung einer Kooperation aus Industrie, angewandter Forschung und Technischem Design zur Realisierung einer assistierenden Roboterzelle Christian Hermeling, Johannes Abicht, Thomas Theling, Ralf Hock 309 Szenarien Machen Mögliche Zukünfte Erlebbar – Szenen eines Forschungsvorhabens Maren Ohlhoff, Mehdi Mozuni, Gerhard Glatzel 323 3D-volldigitalisierte Behandlungsplanung bei Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (LKGS-3D) Christiane Keil, Dominik Haim, Ines Zeidler-Rentzsch, Franz Tritschel, Bernhard Weiland, Olaf Müller, Thomas Treichel, Günter Lauer 335 Beam-colored Sketch and Image-based 3D Continuous Wireframe Reconstruction with different Materials and Cross-Sections Martin Denk, Klemens Rother, Kristin Paetzold 345 Diskussionsbeitrag zu einem methodischen Ansatz für Entscheidungen in Zielkonflikten während der Konzeptphase der Entwicklung automatisierter Produktionsanlagen Peter Lochmann, Jens-Peter Majschak 355 Generieren lastgerechter Materialparameter für FEM-gestützte Umformprognosen – am Beispiel von Karton Verbundmaterialien Toma Schneider, Antje Harling, Frank Miletzky 371 Erweiterte Analyse ausgewählter Schwingungsphänomene mit dem C & C²-Ansatz am Beispiel einer Einscheibentrockenkupplung Peter M. Tröster, Thomas Klotz, Simon Rapp, Yulong Xiao, Sascha Ott, Albert Albers 383 Ein Klassifizierungssystem für Industrielle Augmented Reality Anwendungen Jan Luca Siewert, Matthias Neges, Detlef Gerhard 401 Nutzerzentrierte Entwicklung einer ortsunabhängigen Maschinenabnahme mittels Augmented Reality Nedim Kovacevic, Jantje Meinzer, Rainer Stark 417 Augmented Reality als intuitive Benutzungsschnittstelle für das Roboterprogrammieren Carolin Horn, Christoph-Philipp Schreiber 431 Design von Produkt-Dienstleistungssystemen für Kreislaufwirtschaft Ursula Tischner 443 Nachhaltigkeit: Avoiding Design – Warum gutes Design kein Design ist und auch das Nicht-Designen und Vermeiden von Produkten Gestalterhandwerk sein muss Philipp Schütz, Oliver Gerstheimer, Philipp Englisch 461 Nachhaltigkeit als strategischer Imperativ für die Gesellschaft und Unternehmen Heinz Simon Keil, Detlef Tietze 475 Simulation modularer Produktarchitekturen durch modellbasierte Konfiguration Florian M. Dambietz, Dieter Krause 491 MBSE-Ansatz für eine Vernetzte Stoffstrommodellierung zur Verbesserung der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft Franz Wieck, Philipp Kronenberg, Manuel Löwer 501 Konstruktion eines Inserts für Faserverbund- Halbzeuge Frank Weidermann, Stefanie Zimmermann, Andrea Pino 517 Der Ingenieur an seinem Arbeitsplatz – gesund und kompetent! Bettina Schleidt 529 Digitale Arbeitsumgebungen in der Produktentstehung – Mit Action Design Research Web-Anwendungen zur produktiven Zusammenarbeit entwickeln Stephan Scheele, Daniel Mau, David Foullois, Frank Mantwill 541 Nutzerzentrierung in Zeiten von Social Distancing – Evaluierung eines extracurricularen Lehrformats für Studierende der Produktentwicklung Anne Wallisch, Kristin Paetzold 559 The Digitalization Principles from a User-Centered Design Perspective – A Conceptual Framework for Smart Product Development Carolina Sallati, Klaus Schützer 575 Brain of Materials – die Plattform für Designer, Entwickler und Materialhersteller Hans Peter Schlegelmilch 587 Gibt es ein Patentrezept für erfolgreiche IT-Projekte? Alfred Katzenbach 591 Mockup einer Betriebsleitstelle für Automatisierte Shuttlebusse – Konzeption und Design eines Universellen, Visuellen und Auditiven Interfaces Ingmar S. Franke, Sönke Beckmann, Olga Biletska, Hartmut Zadek 601 Co-Creation bei komplexen Consumer Products Linda Geißler, Nico Herzberg, Natalie Mundt 613 Bessere Kundenorientierung bei der Entwicklung physischer Produkte – Nutzung agiler Vorgehensweisen kombiniert mit Additiven Fertigungsverfahren Philipp Blattert, Werner Engeln 621 Ermittlung von Anforderungen an eine Anwendungsfall-Spezifische Einführung Agiler Ansätze – Erkenntnisse aus der Anwendung des Agile-Stage-Gate Hybrids Jonas Heimicke, Ahmed Spahic, Luis Bramato, Albert Albers 633 goG – die Neue Urbane Mobilität Hans-Georg Höhne 645 Vergleich der Motivationsprofile von Scrum-Teammitgliedern mit dem Agilen Manifest zur Entwicklung von Gamification-Strategien David Kessing und Manuel Löwer 655 Zeichnen als Weltentwurf: Analog + Digital – Die Bedeutung des Zeichnens in der Primarausbildung mit Blick auf Design Engineering in Europa Marina-Elena Wachs 665 Intelligentes Nesting in der Kreislaufwirtschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz Philipp Kronenberg, Franz Wieck, Sebastian Weber, Manuel Löwer 673 Remote Innovation – Co-Creation During Times of Pandemic Oliver Gerstheimer, Philipp Schütz, Philipp Englisch, Erhard Wimmer 681 Analyse des Einflusses von Faktoren auf die agilen Fähigkeiten von Organisationseinheiten in der Entwicklung physischer Systeme Jonas Heimicke, Tobias Rösel, Alber Albers 691 Entwicklung Angepasster Konstruktionsmethoden für Nachhaltige Hochvolt-Speicher Robert Kretschmann, Gerd Wagenhaus, Christiane Beyer 703 Automatisierung des Datenaufbereitungsprozesses für AR/VR-Anwendungen im Engineering Maximilian Peter Dammann, Wolfgang Steger, Ralph Stelzer 714 Nutzer- und Aufgabengerechte Unterstützung von Modellierungsaktivitäten im Kontext des MBSE-Model-Based Systems Engineering Constantin Mandel, Matthias Behrendt, Albert Albers 72

Korpuslinguistik

The study examines the concept of patterned language usage in scientific texts and, based on a data-led corpus analysis, describes scientific style at a formal and pragmatic level. With theoretical grounding in multiple linguistic sub-disciplines, the book makes a major contribution to text-type research, the discussion of standards, and to the study of writing