DE102022213126A1 - Method, computer program and device for influencing a state of a user of a machine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine. Die Erfindung betrifft zudem eine Maschine, die eine solche Vorrichtung oder ein solches Verfahren nutzt. In einem ersten Schritt können als nutzerbezogene Daten Zustände und Verhalten des Nutzers erfasst werden (S1). Zudem können als maschinenbezogene Daten Zustände und ein Betriebsumfeld der Maschine erfasst werden (S2). Auf Grundlage der nutzerbezogenen Daten wird dann ein Istzustand des Nutzers bestimmt (S3). Auf Grundlage der maschinenbezogenen Daten wird zudem ein Sollzustand des Nutzers bestimmt (S4). Basierend auf dem Istzustand und dem Sollzustand wird eine nutzerspezifische Interaktionsstrategie generiert (S5). Schließlich wird entsprechend der nutzerspezifischen Interaktionsstrategie zumindest ein Interaktionssystem der Maschine angesteuert (S6).The present invention relates to a method, a computer program with instructions and a device for influencing a state of a user of a machine. The invention also relates to a machine that uses such a device or such a method. In a first step, states and behavior of the user can be recorded as user-related data (S1). In addition, states and an operating environment of the machine can be recorded as machine-related data (S2). An actual state of the user is then determined on the basis of the user-related data (S3). A target state of the user is also determined on the basis of the machine-related data (S4). Based on the actual state and the target state, a user-specific interaction strategy is generated (S5). Finally, at least one interaction system of the machine is controlled according to the user-specific interaction strategy (S6).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogramm mit Instruktionen und eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine. Die Erfindung betrifft zudem eine Maschine, die eine solche Vorrichtung oder ein solches Verfahren nutzt.The present invention relates to a method, a computer program with instructions and a device for influencing a state of a user of a machine. The invention also relates to a machine that uses such a device or such a method.
Automatisiertes Fahren, auch als automatisches Fahren oder gesteuertes Fahren bezeichnet, ist die Bewegung von Fahrzeugen, mobilen Robotern und fahrerlosen Transportsystemen, die weitgehend autonom sind. Es gibt verschiedene Grade des automatisierten Fahrens. In Europa haben verschiedene Verkehrsministerien, z.B. in Deutschland die Bundesanstalt für Straßenwesen, die folgenden Automatisierungsstufen definiert:
- Level 0: „Nur Fahrer“, der Fahrer fährt selbst, lenkt, beschleunigt, bremst usw.
- Level 1: Bestimmte Assistenzsysteme helfen bei der Fahrzeugbedienung.
- Level 2: Teilautomatisierung. Dabei werden automatisches Einparken, Spurführung, allgemeine Längsführung, Beschleunigung, Verzögerung usw. von den Assistenzsystemen übernommen, einschließlich der Kollisionsvermeidung.
- Level 3: Bedingte Automatisierung. Der Fahrer muss das System nicht ständig überwachen. Das Fahrzeug führt selbständig Funktionen wie das Auslösen des Blinkers, den Spurwechsel und die Spurführung aus. Der Fahrer kann sich anderen Dingen zuwenden, muss aber auf Anforderung innerhalb einer Vorwarnzeit die Kontrolle übernehmen.
- Level 4: Vollständige Automatisierung. Die Führung des Fahrzeugs wird permanent vom System übernommen. Ist das System nicht mehr in der Lage, die Aufgaben zu bewältigen, kann der Fahrer aufgefordert werden, die Steuerung zu übernehmen.
- Level 5: Kein Fahrer erforderlich. Abgesehen vom Setzen des Ziels und Starten des Systems ist kein menschliches Eingreifen erforderlich.
- Level 0: “Driver only”, the driver drives, steers, accelerates, brakes, etc.
- Level 1: Certain assistance systems help with vehicle operation.
- Level 2: Partial automation. Automatic parking, lane guidance, general longitudinal guidance, acceleration, deceleration, etc. are taken over by the assistance systems, including collision avoidance.
- Level 3: Conditional automation. The driver does not need to constantly monitor the system. The vehicle performs functions such as activating the indicator, changing lanes and lane guidance independently. The driver can attend to other things, but must take control on request within a pre-warning period.
- Level 4: Complete automation. The system is in permanent control of the vehicle. If the system is no longer able to handle the tasks, the driver can be asked to take over control.
- Level 5: No driver required. No human intervention is required other than setting the destination and starting the system.
In Fahrzeugen mit teil- oder vollautomatisierter Funktionalität sind die Rechte und Pflichten des Fahrers in verschiedenen Automatisierungsstufen oft intransparent und nur schwer nachvollziehbar. Dies gilt insbesondere für die Automatisierungsstufen „Teilautomatisierung“ (L2) und „Bedingte Automatisierung“ (L3) sowie beim häufigen Wechsel zwischen verschiedenen Automatisierungsstufen und verschiedenen Fahrkontexten, wie beispielsweise bei Ortsdurchfahrten während einer Landstraßenfahrt. Hier muss der Fahrer das Fahrzeugverhalten kontinuierlich überwachen und in der Lage sein, in sicherheitskritischen Situationen die Fahrzeugführung schnellstmöglich zu übernehmen.In vehicles with partially or fully automated functionality, the rights and obligations of the driver at different levels of automation are often non-transparent and difficult to understand. This applies in particular to the automation levels "partial automation" (L2) and "conditional automation" (L3) as well as to frequent switching between different automation levels and different driving contexts, such as when driving through towns while driving on country roads. Here, the driver must continuously monitor the vehicle's behavior and be able to take over control of the vehicle as quickly as possible in safety-critical situations.
Dies steht im Konflikt zur menschlichen Fähigkeit, monotone Aufgaben über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig liegt eine hohe Verantwortung beim Fahrer, da ein Eingreifen insbesondere in solch komplexen Situationen notwendig wird, in denen das Automatisierungssystem die Fahrzeugführung nicht mehr eigenständig durchführen kann.This conflicts with the human ability to maintain monotonous tasks over a longer period of time. At the same time, the driver bears a great deal of responsibility, as intervention is necessary, particularly in complex situations in which the automation system can no longer control the vehicle independently.
Es besteht also die Problematik, dass auf lange und monotone Phasen einer teilautomatisierten Fahrt ein aktives Eingreifen des Fahrers notwendig werden kann und dafür nur eine sehr beschränkte Vorbereitungszeit zur Verfügung steht. Hinzu kommt, dass eine längere, zwischenfallfreie Nutzung eines teilautomatisierten Fahrzeugs dazu führen kann, dass das subjektive Vertrauen in das System in ungerechtfertigte Höhen steigt und die Einschätzung der Notwendigkeit einer Überwachung durch den Fahrer nicht der tatsächlichen Notwendigkeit entspricht. Dieses Phänomen ist als „übersteigertes Vertrauen“ (engl.: „Over Trust“) bekannt.The problem is that active intervention by the driver may be necessary during long and monotonous phases of a partially automated journey, and there is only a very limited preparation time available for this. In addition, longer, incident-free use of a partially automated vehicle can lead to subjective trust in the system rising to unjustified levels and the assessment of the need for monitoring by the driver not corresponding to the actual need. This phenomenon is known as "over-trust".
Es ist also sinnvoll, Verhalten und Aufmerksamkeit des Fahrers kontinuierlich mit den Anforderungen an die aktuelle Automatisierungsstufe und die jeweilige Fahrsituation abzugleichen und den Fahrer auch in den vermeintlich monotonen Phasen zu unterstützen, um der genannten Problematik entgegenzuwirken.It therefore makes sense to continuously adjust the driver's behavior and attention to the requirements of the current level of automation and the respective driving situation and to support the driver even in the supposedly monotonous phases in order to counteract the problem mentioned.
In höheren Automatisierungsstufen (L4/L5) ist diese Problematik weniger akut, da hier die Vorbereitungszeiten für eine Transition in niedrigere Automatisierungsstufen oder manuelles Fahren deutlich länger werden, bzw. im Falle von L5 ganz entfallen. Das Fahrzeug ist hierbei in der Lage, auch komplexe Situationen ohne die Hilfe des Fahrers bzw. Nutzers zu meistern. Hier geht es eher darum, insbesondere bei unerfahrenen Nutzern eines automatisierten Fahrzeugs, das Vertrauen in ein solches System zu stärken und die seltenen Transitionen in niedrigere Automatisierungsstufen oder manuelles Fahren so angenehm wie möglich zu gestalten.This problem is less acute in higher levels of automation (L4/L5), as the preparation times for a transition to lower levels of automation or manual driving are significantly longer, or in the case of L5, are eliminated altogether. The vehicle is able to master even complex situations without the help of the driver or user. The aim here is more to strengthen trust in such a system, especially among inexperienced users of an automated vehicle, and to make the rare transitions to lower levels of automation or manual driving as pleasant as possible.
Im Bereich der Fahrzeuginsassenüberwachung existieren unterschiedliche Ansätze, um den aktuellen Zustand eines Insassen, z.B. eines Fahrers, zu erfassen und sicherzustellen, dass dieser sich angemessen verhält. Hierbei werden unterschiedliche Merkmale betrachtet. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob ein Fahrer die Hand am Lenkrad hat oder nicht. Ebenso kann das Verhalten des Fahrers überwacht werden, wobei z.B. Blickrichtung, Kopfposition und Kopfbewegung betrachtet werden können. Darüber hinaus kann z.B. durch Analyse von Mimik und Sprache auf den emotionalen bzw. affektiven Zustand geschlossen werden. Als weitere Merkmale können physiologische Parameter wie Herzrate, Herzratenvariabilität oder Atemrate herangezogen werden, um ein umfassendes Bild über den Fahrerzustand zu erlangen..In the area of vehicle occupant monitoring, there are different approaches to detecting the current state of an occupant, e.g. a driver, and to ensure that he or she behaves appropriately. Different characteristics are considered. For example, it can be determined whether a driver has his or her hand on the steering wheel or not. The driver's behavior can also be monitored, for example by looking at the direction of gaze, head position and head movement. In addition, the emotional or affective state can be determined by analyzing facial expressions and language, for example. Physiological parameters such as heart rate, heart rate variability or breathing rate can be used as additional characteristics to obtain a comprehensive picture of the driver's state.
Vor diesem Hintergrund beschreibt
Eine ähnliche Problematik wie bei der Bedienung eines Kraftfahrzeugs tritt auch bei der Führung von Luftfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen sowie bei der Bedienung von Maschinen auf.A similar problem to that encountered when operating a motor vehicle also occurs when driving aircraft or rail vehicles or when operating machinery.
Aktuellen Systemen mangelt es an geeigneten Interaktionsstrategien zur effektiven Interaktion zwischen Maschine und Nutzer, die in Kombination ein gegenüber der Automatisierungsstufe konformes Nutzerverhalten sicherstellen können.Current systems lack suitable interaction strategies for effective interaction between machine and user, which in combination can ensure user behavior that conforms to the level of automation.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Lösungen zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide improved solutions for influencing a state of a user of a machine.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Computerprogramm mit Instruktionen mit den Merkmalen des Anspruchs 8, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine die Schritte:
- - Bestimmen eines Istzustands des Nutzers;
- - Bestimmen eines Sollzustands des Nutzers;
- - Generieren einer nutzerspezifischen Interaktionsstrategie; und
- - Ansteuern zumindest eines Interaktionssystems der Maschine entsprechend der nutzerspezifischen Interaktionsstrategie.
- - Determining the current status of the user;
- - Determining a target state of the user;
- - Generating a user-specific interaction strategy; and
- - Controlling at least one interaction system of the machine according to the user-specific interaction strategy.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Instruktionen, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zur Ausführung der folgenden Schritte zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine veranlassen:
- - Bestimmen eines Istzustands des Nutzers;
- - Bestimmen eines Sollzustands des Nutzers;
- - Generieren einer nutzerspezifischen Interaktionsstrategie; und
- - Ansteuern zumindest eines Interaktionssystems der Maschine entsprechend der nutzerspezifischen Interaktionsstrategie.
- - Determining the current status of the user;
- - Determining a target state of the user;
- - Generating a user-specific interaction strategy; and
- - Controlling at least one interaction system of the machine according to the user-specific interaction strategy.
Der Begriff Computer ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere umfasst er auch Steuergeräte, eingebettete Systeme und andere prozessorbasierte Datenverarbeitungsvorrichtungen.The term computer is to be understood broadly. In particular, it also includes control units, embedded systems and other processor-based data processing devices.
Das Computerprogramm kann beispielsweise für einen elektronischen Abruf bereitgestellt werden oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.The computer program can, for example, be made available for electronic retrieval or stored on a computer-readable storage medium.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Vorrichtung zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine auf:
- - ein Zustandsmodul zum Bestimmen eines Istzustands des Nutzers und zum Bestimmen eines Sollzustands des Nutzers;
- - ein Strategiemodul zum Generieren einer nutzerspezifischen Interaktionsstrategie; und
- - ein Steuermodul zum Ansteuern zumindest eines Interaktionssystems der Maschine entsprechend der nutzerspezifischen Interaktionsstrategie.
- - a state module for determining an actual state of the user and for determining a target state of the user;
- - a strategy module for generating a user-specific interaction strategy; and
- - a control module for controlling at least one interaction system of the machine according to the user-specific interaction strategy.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine personalisierte, d.h. nutzerspezifische Interaktion zwischen der Maschine und dem Nutzer, um diesen in einen gewünschten Zielzustand zu bringen, sofern dies erforderlich ist. Auf Basis eines Istzustands des Nutzers und eines gewünschten Sollzustands wird eine personalisierte Interaktionsstrategie zur optimalen Unterstützung des Nutzers in dem gegebenen Kontext bestimmt. Die Nutzung einer personalisierten Interaktionsstrategie erlaubt es, die interpersonelle Varianz menschlichen Verhaltens, der Fähigkeiten, der Wahrnehmung, etc. zu berücksichtigen. Zur Umsetzung der Interaktionsstrategie steht vorzugsweise eine Anzahl von Interaktionssystemen mit verschiedenen Modalitäten und Möglichkeiten der Parametrisierung zur Verfügung, mittels derer für den individuellen Nutzer optimierte Interaktionen generiert werden. Die personalisierte Interaktion zwischen Maschine und Nutzer erhöht die Sicherheit von automatisierten Systemen durch eine Erhöhung der Systemtransparenz und eine effektive Kommunikation der an den Nutzer gestellten Anforderungen. Auf diese Weise kann eine Reduktion von Fehlnutzung und auch eine Steigerung der Akzeptanz erzielt werden.In the solution according to the invention, a personalized, i.e. user-specific interaction takes place between the machine and the user in order to bring the user into a desired target state, if this is necessary. On the basis of the user's current state and a desired target state, a personalized interaction strategy is determined to optimally support the user in the given context. The use of a personalized interaction strategy makes it possible to take into account the interpersonal variance of human behavior, abilities, perception, etc. To implement the interaction strategy, a number of interaction systems with different modalities and parameterization options are preferably available, by means of which interactions optimized for the individual user are generated. The personalized interaction between machine and user increases the security of automated systems by increasing system transparency and effectively communicating the requirements placed on the user. In this way, a reduction in misuse and an increase in acceptance can be achieved.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden als Grundlage für das Bestimmen des Istzustands des Nutzers Zustände und Verhalten des Nutzers erfasst. Auf Basis von Daten einer entsprechenden Sensorik, bzw. durch Fusion verschiedener Sensoriken, kann beispielsweise mithilfe von Algorithmik zur Zustandserkennung ein Istzustand ermittelt werden. Beispiele für Zustände und Verhalten sind Müdigkeit, Aufmerksamkeit, Aktionen, wie z.B. Telefonieren, Stress, Arbeitsbelastung, Körperpose, wie z.B. Hände am Lenkrad, oder Situationsbewusstsein. Es erfolgt somit eine umfassende Betrachtung des Istzustands durch eine Fusion verschiedener Sensoriken sowie verschiedener Teilaspekte des Nutzerzustands.According to one aspect of the invention, the user's states and behavior are recorded as a basis for determining the user's current state. Based on data from a corresponding sensor system or by fusing different sensors, an actual state can be determined using algorithms for state recognition, for example. Examples of states and behavior are tiredness, attention, actions such as making phone calls, stress, workload, body posture such as hands on the steering wheel, or situational awareness. A comprehensive view of the actual state is thus taken by fusing different sensors and different partial aspects of the user's state.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden als Grundlage für das Bestimmen des Sollzustands des Nutzers Zustände und ein Betriebsumfeld der Maschine erfasst. Durch die Erkennung des Betriebsumfelds der Maschine wird eine Grundlage für die Bewertung des aktuellen Istzustands des Nutzers in Bezug auf den aktuellen Zustand der Maschine und den aktuellen Betriebskontext geschaffen. Beispielsweise kann bei einem Fahrzeug auf Basis der aktuellen Umgebung, z.B. der Verkehrsdichte oder des Straßentyps, und des Maschinenzustands, z.B. der aktuell aktiven automatisierten Fahrfunktionen, die aktuelle Automatisierungsstufe festgestellt werden und daraus der Sollzustand des Nutzers abgeleitet werden.According to one aspect of the invention, states and an operating environment of the machine are recorded as a basis for determining the target state of the user. By recognizing the operating environment of the machine, a basis is created for evaluating the current actual state of the user in relation to the current state of the machine and the current operating context. For example, in a vehicle, the current automation level can be determined based on the current environment, e.g. the traffic density or the type of road, and the machine state, e.g. the currently active automated driving functions, and the target state of the user can be derived from this.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert das Generieren der nutzerspezifischen Interaktionsstrategie auf einem Interaktionsmodell. Solche Interaktionsmodelle können insbesondere eine Anzahl von Zielzuständen für die verschiedenen Automatisierungsstufen, eine Anzahl von Referenzzuständen sowie Transitionsregeln für Übergänge zwischen den Zuständen umfassen. Die Transitionsregeln definieren, mit welcher Interaktionsstrategie ein gewünschter Zielzustand oder auch ein Referenzzustand erreicht werden kann. Die Verwendung von Interaktionsmodellen hat den Vorteil, dass sich auch für neue, nicht im Interaktionsmodell enthaltene Zustände auf einfache Weise mögliche Interaktionsstrategien ableiten lassen, z.B. mittels einer Berechnung der Distanz zu den in der Nähe befindlichen Referenzzuständen.According to one aspect of the invention, the generation of the user-specific interaction strategy is based on an interaction model. Such interaction models can in particular comprise a number of target states for the various automation levels, a number of reference states and transition rules for transitions between the states. The transition rules define which interaction strategy can be used to achieve a desired target state or a reference state. The use of interaction models has the advantage that possible interaction strategies can also be derived in a simple manner for new states not contained in the interaction model, e.g. by calculating the distance to the nearby reference states.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird auf Basis des Interaktionsmodells eine Vorhersage darüber getroffen, wann ein Nutzer einen Sollzustand verlässt. Die Interaktionsmodelle können beispielsweise in Form von Markov-Modellen implementiert werden. Bei einem solchen Model kann auf Basis von Wahrscheinlichkeiten eine Vorhersage getroffen werden, wann der Nutzer sich nicht mehr konform zur aktuellen Automatisierungsstufe verhält bzw. einen Zielzustand verlässt. Diese Vorhersage erlaubt es, bereits vorbeugend durch geeignete Interaktionsstrategien gegenzusteuern.According to one aspect of the invention, a prediction is made on the basis of the interaction model as to when a user leaves a target state. The interaction models can be implemented in the form of Markov models, for example. With such a model, a prediction can be made on the basis of probabilities as to when the user no longer behaves in accordance with the current automation level or leaves a target state. This prediction makes it possible to take preventive countermeasures using suitable interaction strategies.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die nutzerspezifische Interaktionsstrategie durch ein angelerntes System der künstlichen Intelligenz (KI) generiert. Die Generierung und Überwachung einer nutzerspezifischen Interaktionsstrategie wird vorzugweise als auf künstlicher Intelligenz basierte Auswahl von parametrisierten und kombinierten Elementen aus den verfügbaren Interaktionsstrategien realisiert. Dabei entstehen optimierte und vor allem personalisierte Mensch-Maschine-Interaktionsmodelle. Das KI-System berücksichtigt hierbei die Reaktion des Nutzers auf vergangene Interaktionen, um zukünftige Interaktionen an die individuellen Bedürfnisse und Vorlieben des jeweiligen Nutzers anzupassen. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft ein verstärkendes Lernverfahren verwendet, welches die Reaktion des Nutzers und die Änderung dessen Verhaltens auf zuvor angewandte Interaktionen in Bezug auf Konformität zur jeweiligen Automatisierungsstufe analysiert, mit dem gewünschten Zielverhalten abgleicht und sich auf Basis dieser Auswertung iterativ einer optimalen Interaktionsstrategie annähert. Ein Belohnungswert, der bei dem verstärkenden Lernverfahren verwendet wird, kann zusätzlich die Dauer der Zeit berücksichtigen, die vergeht, bis der Nutzer auf eine Aktion reagiert bzw. bis er durch Anwendung einer Interaktionsstrategie den gewünschten Zielzustand erreicht.According to one aspect of the invention, the user-specific interaction strategy is generated by a trained artificial intelligence (AI) system. The generation and monitoring of a user-specific interaction strategy is preferably realized as an artificial intelligence-based selection of parameterized and combined elements from the available interaction strategies. This creates optimized and, above all, personalized human-machine interaction models. The AI system takes into account the user's reaction to past interactions in order to adapt future interactions to the individual needs and preferences of the respective user. For this purpose, a reinforcement learning method is advantageously used, which takes the user's reaction and the change in his behavior to previously applied interactions are analyzed in terms of conformity to the respective automation level, compared with the desired target behavior and, on the basis of this evaluation, iteratively approaches an optimal interaction strategy. A reward value used in the reinforcement learning process can also take into account the length of time that passes until the user reacts to an action or until he reaches the desired target state by applying an interaction strategy.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung nutzt das Interaktionssystem zumindest eine Mensch-Maschine-Schnittstelle oder zumindest eine Maschinenfunktion. Eine Interaktion mit dem Nutzer kann einerseits durch übliche Mensch-Maschine-Schnittstellen erfolgen, z.B. durch visuelle Ausgaben auf einem Display oder unter Verwendung von Leuchtelementen, akustische Ausgaben über einen Lautsprecher oder haptische Ausgaben mittels haptischer Aktuatoren. Alle diese Mensch-Maschine-Schnittstellen sind gut geeignet, um den Zustand eines Nutzers in einer gewünschten Weise zu beeinflussen. Daneben können aber auch Maschinenfunktionen zur Ausführung von Aktionen genutzt werden. Z.b. können bei einem Fahrzeug leichte Lenkbewegungen oder Bremsvorgänge genutzt werden, um den Nutzer in einen Zielzustand zu bringen.According to one aspect of the invention, the interaction system uses at least one human-machine interface or at least one machine function. Interaction with the user can take place through conventional human-machine interfaces, e.g. through visual outputs on a display or using light elements, acoustic outputs via a loudspeaker or haptic outputs using haptic actuators. All of these human-machine interfaces are well suited to influencing the state of a user in a desired manner. In addition, machine functions can also be used to carry out actions. For example, slight steering movements or braking processes in a vehicle can be used to bring the user into a target state.
Vorzugsweise wird eine erfindungsgemäße Lösung in einer Maschine genutzt, z.B. in einem Fortbewegungsmittel oder einer Industriemaschine. Bei dem Fortbewegungsmittels kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, ein Luftfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug handeln.Preferably, a solution according to the invention is used in a machine, e.g. in a means of transport or an industrial machine. The means of transport can be, for example, a motor vehicle, an aircraft, a rail vehicle or a watercraft.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims taken in conjunction with the figures.
FigurenübersichtFigure overview
-
1 zeigt schematisch ein Verfahren zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine;1 shows schematically a method for influencing a state of a user of a machine; -
2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine;2 shows schematically a first embodiment of a device for influencing a state of a user of a machine; -
3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung eines Zustands eines Nutzers einer Maschine;3 shows schematically a second embodiment of a device for influencing a state of a user of a machine; -
4 zeigt schematisch eine Maschine, die eine erfindungsgemäße Lösung nutzt;4 shows schematically a machine using a solution according to the invention; -
5 zeigt schematisch weitere Details der Erzeugung von Interaktionsstrategien;5 shows schematically further details of the generation of interaction strategies; -
6 zeigt schematisch einen Ablauf eines verstärkenden Lernverfahrens;6 shows a schematic diagram of a reinforcement learning procedure; -
7 zeigt schematisch den Inhalt einer Regelbasis;7 shows schematically the contents of a rule base; -
8 zeigt schematisch das Erlernen eines neuen Zustands;8th shows schematically the learning of a new state; -
9 zeigt schematisch ein Modell mit dem erlernten neuen Zustand; und9 shows a schematic model with the learned new state; and -
10 zeigt schematisch ein Modell mit mehreren Zielzuständen.10 shows a schematic model with several target states.
FigurenbeschreibungCharacter description
Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Gleiche Bezugszeichen werden in den Figuren für gleiche oder gleichwirkende Elemente verwendet und nicht notwendigerweise zu jeder Figur erneut beschrieben. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.In order to better understand the principles of the present invention, embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. The same reference numerals are used in the figures for the same or equivalent elements and are not necessarily described again for each figure. It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown and that the described features can also be combined or modified without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.
Das Zustandsmodul 12, das Strategiemodul 13 und das Steuermodul 14 können von einem Kontrollmodul 15 gesteuert werden. Über eine Benutzerschnittstelle 18 können gegebenenfalls Einstellungen des Zustandsmoduls 12, des Strategiemoduls 13, des Steuermoduls 14 oder des Kontrollmoduls 15 geändert werden. Die in der Vorrichtung 10 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 16 der Vorrichtung 10 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 10. Das Zustandsmodul 12, das Strategiemodul 13, das Steuermodul 14 sowie das Kontrollmodul 15 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU oder einer CPU. Der Eingang 11 und der Ausgang 17 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte Schnittstelle implementiert sein.The
Der Prozessor 22 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.The
Die Speicher 16, 21 der beschriebenen Vorrichtungen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.The
Nachfolgend sollen weitere Details einer erfindungsgemäßen Lösung anhand von
Die Generierung und Überwachung einer nutzerspezifischen Interaktionsstrategie wird vorzugweise als auf künstlicher Intelligenz basierte Auswahl von parametrisierten und kombinierten Elementen aus den verfügbaren Interaktionsstrategien realisiert. Dabei entstehen optimierte und vor allem personalisierte Mensch-Maschine-Interaktionsmodelle. Das KI-System berücksichtigt hierbei die Reaktion des Nutzers auf vergangene Interaktionen, um zukünftige Interaktionen an die individuellen Bedürfnisse und Vorlieben des jeweiligen Nutzers anzupassen.The generation and monitoring of a user-specific interaction strategy is preferably realized as an artificial intelligence-based selection of parameterized and combined elements from the available interaction strategies. This creates optimized and, above all, personalized human-machine interaction models. The AI system takes into account the user's reaction to past interactions in order to adapt future interactions to the individual needs and preferences of the respective user.
Zu diesem Zweck wird vorteilhaft ein verstärkendes Lernverfahren verwendet, welches die Reaktion des Nutzers und die Änderung dessen Verhaltens auf zuvor angewandte Interaktionen in Bezug auf Konformität zur jeweiligen Automatisierungsstufe analysiert, mit dem gewünschten Zielverhalten abgleicht und sich auf Basis dieser Auswertung iterativ einer optimalen Interaktionsstrategie annähert.
Im Weiteren wird näher auf die nutzerspezifischen Interaktionsmodelle und die Regelbasis 300 eingegangen, welche Grundlage der Agentenentscheidung darstellt.
Die Regelbasis 300 wird verwendet, um für neue Nutzer des Systems ein Interaktionsmodell zu erzeugen, welches über die Zeit vom Agenten personalisiert wird.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- EingangEntrance
- 1212
- ZustandsmodulState module
- 1313
- StrategiemodulStrategy module
- 1414
- SteuermodulControl module
- 1515
- KontrollmodulControl module
- 1616
- SpeicherStorage
- 1717
- AusgangExit
- 1818
- Benutzerschnittstelle User interface
- 2020
- Vorrichtungcontraption
- 2121
- SpeicherStorage
- 2222
- Prozessorprocessor
- 2323
- EingangEntrance
- 2424
- Ausgang Exit
- 3030
- Maschinemachine
- 311-31n311-31n
- InteraktionssystemInteraction system
- 3232
- ZustandssensorikCondition sensors
- 3333
- InnenraumsensorikInterior sensors
- 3434
- UmfeldsensorikEnvironmental sensors
- 3535
- DatenübertragungseinheitData transmission unit
- 3636
- SpeicherStorage
- 3737
- Netzwerk Network
- 200-270200-270
- FunktionsblöckeFunction blocks
- 280280
- Speicher Storage
- 300300
- RegelbasisRule base
- 310310
- UmgebungVicinity
- 320320
- Wahrnehmungperception
- 330330
- ZustandsvergleichCondition comparison
- 340340
- Agentagent
- 350350
- Mensch-Maschine-Schnittstelle Human-machine interface
- 400400
- ZielzustandTarget state
- 410410
- ReferenzzustandReference state
- 420420
- TransitionsregelTransition rule
- 430430
- Adaptierte TransitionsregelAdapted transition rule
- 440440
- Neue ZustandNew condition
- 450450
- Distanzdistance
- 460460
- Erlernter neuer ZustandLearned new state
- 470470
- Neue Transitionsregel New transition rule
- AA
- Aktionaction
- BB
- BelohnungswertReward value
- ISIS
- InteraktionsstrategieInteraction strategy
- KIAI
- System der künstlichen IntelligenzArtificial intelligence system
- M, M1, M2M, M1, M2
- InteraktionsmodellInteraction model
- MDMD
- Maschinenbezogene DatenMachine-related data
- MZDMZD
- MaschinenzustandsdatenMachine status data
- N1, N2N1, N2
- NutzerUsers
- NDND
- Nutzerbezogene DatenUser-related data
- SBSB
- SteuerbefehlControl command
- SDSD
- SensordatenSensor data
- UDUD
- UmfelddatenEnvironmental data
- ZIZI
- IstzustandIt's on
- ZSZS
- Sollzustand Target state
- S1S1
- Erfassen von Zuständen und Verhalten eines NutzersRecording the states and behavior of a user
- S2S2
- Erfassen von Zuständen und Betriebsumfeld der MaschineRecording the machine’s conditions and operating environment
- S3S3
- Bestimmen eines Istzustands des NutzersDetermining the current state of the user
- S4S4
- Bestimmen eines Sollzustands des NutzersDetermining a target state of the user
- S5S5
- Generieren einer nutzerspezifischen InteraktionsstrategieGenerating a user-specific interaction strategy
- S6S6
- Ansteuern eines InteraktionssystemsControlling an interaction system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2016/169585 A1 [0011]WO 2016/169585 A1 [0011]
Claims (10)
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