Increasing trust in human-robot interaction through data visualization in augmented reality

Abstract

“Können wir einem Roboter vertrauen?” ist eine Frage, die durch das ständige Entwickeln neuer Roboter und Interaktionstechnologien immer relevanter wird. Es ist wichtig, dass wir in ein einfaches autonomes System vertrauen können, wie zum Beispiel in eine Wettervorhersage für die Flugkontrolle. Wenn hier eine Warnung ignoriert wird, kann das desaströse Folgen haben: in Flugzeug könnte abstürzen. Vertrauen in der Mensch-Roboter-Interaktion ist ein großes Forschungsgebiet. Wir möchten zu diesem Forschungsgebiet beitragen, indem wir untersuchen, ob wir mit Hilfe von Visualisierungen das Vertrauen in Mensch-Roboter-Interaktionen mit industriellen Roboterarmen erhöhen können. Wir besprechen aktuelle Veröffentlichungen und deren Ergebnisse für die Bereiche Mensch-Roboter-Interaktion und Visualisierungen für Augmented Reality genauso wie die Forschung in das Vertrauen in Mensch-Roboter-Interaktion und die Erforschung der Nutzung diverser Daten zur Visualisierung für Augmented Reality. Mit Hilfe einer Expertengruppe haben wir neuartige Visualisierungen entwickelt und können Designvorschläge für die Entwicklung von Visualisierungen für große industrielle Roboterarme geben. Zwei der Visualisierungen wurden implementiert und mit Hilfe einer Nutzerstudie getestet. Die Ergebnisse zeigen keinen signifikanten Effekt der Visualisierungen auf eine der beobachteten Variablen, aber das zusätzliche Feedback der Studienteilnehmer in Textform zeigt ein großes Interesse an der Weiterentwicklung der Visualisierungen. Es ist also Potential vorhanden um die Visualisierungen und damit die Interaktion und das Vertrauen, in den Roboter zu verbessern.

“Can we trust a robot?”, is a question that becomes more and more relevant as new robots and interaction technologies are being developed all the time. Already for a simple autonomous system, such as weather forecast for aviation control, it is imperative to investigate the trust in the system. Otherwise an ignored warning might lead to disastrous consequences, such as a plane crash. Trust is also prevalent in human-robot interaction and a major topic in current research. We want to contribute to this field of research by investigating whether visualizations for augmented reality can improve trust in human-robot interaction with industrial robot arms. Recent publications and their findings for human-robot interaction and augmented reality for human-robot interaction will be discussed, as well as, trust in human-robot interaction, and data visualization in augmented reality. With the help of an expert focus group novel visualizations were developed and be discussed. From the expert feedback we extracted some recommendations for the development of visualizations for large industrial robot arms. The suggestions for visualizations from the focus group were developed, implemented and then tested in a user study with a large industrial robot arm. While the results of the study showed no significant effect on any measured variable, the additional feedback given by the participants showed their great interest in the developed visualizations. The study shows that there is some potential for visualizations to improve the interaction with the robot