EMMA-CC: Ergo-dynamic Moving Manikin with Cognitive Control

Trotz zunehmender Automatisierung in vielen Lebensbereiche werden komplexe Handgriffe auf absehbare Zeit von Menschen durchgeführt werden. Die Modellierung und effiziente Simulation menschlicher Bewegungen für Anwendungen im Bereich der Ergonomie, der Medizin und der Computergraphik sind eine große Herausforderung. Das Projekt EMMA-CC will deshalb mithilfe von Virtual Reality die körperlich belastende Montage von Bauteilen ergonomischer gestalten.

Im MAVO (Marktorientierte Vorlaufforschung)-Projekt »Ergo-dynamic Moving Manikin with Cognitve Control« (kurz: EMMA-CC) modellieren sechs Fraunhofer-Institute menschliche Bewegungsabläufe. In dem Verbundprojekt entwickelten Forscherinnen und Forscher ein Menschmodell, an dem dynamische Bewegungen realistisch simuliert und ergonomisch bewertet werden können. Mithilfe des Modells können gesunde und sichere Arbeitsplätze in der Produktentwicklung und Produktionsplanung designt werden.

Konfiguration des Digitalen Menschmodells mittels Virtual Reality

Virtual Reality ermöglicht eine einfache und intuitive Konfiguration von Digitalen Menschmodellen für die ergonomische Absicherung von Montagearbeitsplätzen. Indem man den Nutzer in die virtuelle Montagesituation versetzt und diesen intuitiv agieren lässt, lassen sich automatisch Parameter für die nachfolgende Ergonomiesimulation ableiten, nämlich Griffpunkte und Grifftypen an den zu verbauenden Bauteilen, Werkzeugen oder Maschinenelementen.

Ein Machine Learning-Algorithmus extrahiert über optische Eingangsdaten der Hand mögliche Grifftypen, die vom Nutzer bestätigt werden. Dieser Parameter wird in die Simulationssoftware IMMA übertragen.

Durch den vom Fraunhofer IPK entwickelten Virtual Reality-Ansatz wird der Software-User selbst zum Bestandteil der Simulationsumgebung. Dadurch kann die Anwenderin oder der Anwender auf aus dem Alltag bekannte Handlungsmuster, wie das Greifen und Bewegen von Objekten zurückgreifen und dadurch die Simulationsrandbedingungen für die Software definieren. Dies reduziert die Notwendigkeit von Schulungen sowie die Dauer der Definition einer Handlungssequenz eines digitalen Menschmodells.

Beanspruchungskalkulation mittels Kognitiver Modellierung

Kognitive Modellierung anhand psychologisch valider Architekturen (ACT-R) ermöglicht es, präzise einschätzen zu können, welche mentalen Beanspruchung mit der Durchführung von Montageaktivitäten einhergeht. Einflussgrößen wie z. B. das Aussehen oder die Ausrichtung einzelner Bauteile bestimmen, ob ein Monteur oder eine Monteurin unter- oder überfordert werden. Das Fraunhofer IPK hat hier die Grundlagen der kognitiven Architektur so angelegt, dass sie dreidimensionale Daten verarbeiten kann. So können Bauteile und Montageumgebungen in die Kalkulationen einbezogen werden.