In der industriellen Fertigung wird fortlaufend neuartige Technik implementiert. In der Automobilindustrie stellen kooperative Roboter eine Form neuartiger Technik dar. Für die Einstellung gegenüber kooperativen Robotern und deren Nutzung spielt die Akzeptanz vor allem beim Erstkontakt eine entscheidende Rolle. Der Grund ist die quasi-soziale Interaktion mit menschlichen Interaktionspartnern. Damit es nicht zur grundlosen Ablehnung kooperativer Roboter als Form neuartiger Technik kommt, verfolgt diese Arbeit als Ziele die Erklärung und anschließende Beeinflussung der Akzeptanz gegenüber kooperativen Robotern auf Grundlage der „unified theory of acceptance and use of technology“ (Venkatesh, Morris, Davis, & Davis, 2003). Dafür wurden Einflussvariablen auf die Akzeptanz kooperativer Roboter identifiziert. Anschließend wurde die Beeinflussbarkeit der Akzeptanz untersucht und es wurden verschiedene Wege der Einführung eines kooperativen Roboters im Anwendungsfeld der Automobilindustrie miteinander verglichen. Die Akzeptanzsteigerung vor der eigentlichen Nutzung eines kooperativen Roboters konnte realisiert werden. Zudem ließen sich die Ergebnisse auch auf eine weitere Form neuartiger Technik im Untersuchungskontext übertragen. / New technologies are constantly implemented in the industrial context. Cooperative robots are a new technology in the automobile industry. The acceptance of these is important for the user’s attitude towards and their usage of them before and during the first contact. The reason for that is the quasi-social interaction with human interaction partners. To counteract the possibility of an unsubstantiated rejection of the use of this new technology, this paper has the aims of explaining and subsequently influencing the acceptance of cooperative robots based on the „unified theory of acceptance and use of technology“ (Venkatesh, Morris, Davis, & Davis, 2003). Therefore variables affecting the acceptance of cooperative robots were identified. Afterwards the influenceability of the acceptance was tested and different ways of introducing a cooperative robot to new interaction partners in the new context of the automobile industry have been compared. As a result an increase of the user’s acceptance could be achieved before the actual use of the cooperative robot. Furthermore the results could also be transferred to another new technology in the same context of research.

How do robots learn to perform motor tasks in a specific condition and apply what they have learned in a new condition? This paper proposes a framework for motor coordination acquisition of a robot drawing straight lines within a part of the workspace. Then, it addresses transferring the acquired coordination into another area of the workspace while performing the same task. Motor patterns are generated by a Central Pattern Generator (CPG) model. The motor coordination for a given task is acquired by using a multi-objective optimization method that adjusts the CPGs' parameters involved in the coordination. To transfer the acquired motor coordination to the whole workspace we employed (1) a Self-Organizing Map that represents the end-effector coordination in the Cartesian space, and (2) an estimation method based on Inverse Distance Weighting that estimates the motor program parameters for each SOM neuron. After learning, the robot generalizes the acquired motor program along the SOM network. It is able therefore to draw lines from any point in the 2D workspace and with different orientations. Aside from the obvious distinctiveness of the proposed framework from those based on inverse kinematics typically leading to a point-to-point drawing, our approach also permits of transferring the motor program throughout the workspace.

Zahlreiche chirurgische Assistenzsysteme sind in der klinischen Praxis im Einsatz, um die Genauigkeit und Sicherheit medizinischer Eingriffe zu erhöhen. Die Verwendung von Bildgebungsverfahren durch solche Systeme und die Teilautomatisierung von Prozessen kann einen weiteren Schritt in Richtung höherer Effizienz chirurgischer Interventionen und höherer Patientensicherheit darstellen. Dies stellt jedoch große Herausforderungen an die Systementwickler, welche zur Evaluation dieser Systeme während der Konstruktion geeignete Konzepte und Testmethoden benötigen. Diese Arbeit hat zwei wesentliche Zielsetzungen: Zum einen soll vorgestellt werden, wie zur zielführenden Entwicklung eines duplexsonographisch geführten, semiautomatisch arbeitenden Assistenzsystems zur Gefäßpräparation (ASTMA-System) ein anthropomorphes, physiologisches Phantom anhand zuvor definierter, für die Entwicklung relevanter, Anforderungen konstruiert wurde. Dieses ermöglichte es, die Arbeitsprozesse des Systems und deren Eignung bereits in vitro umfangreich zu testen. Zum andern soll dargestellt werden, wie das Phantom hinsichtlich dieser Anforderungen in einer Studie validiert wurde, um zu gewährleisten, dass dieses für die Systementwicklung erforderliche Eigenschaften aufwies. Dadurch konnten wichtige Informationen über Nutzen und Limitierung der Verwendung des Phantoms und mögliche Probleme des ASTMA-Systems gewonnen werden. Hiermit soll demonstriert werden, wie ein Entwicklungs- und Validierungsansatz für ein Phantom als Testsystem zur Entwicklung und Evaluation ähnlicher komplexer medizintechnischer Systeme mit intraoperativer Bildgebung gestaltet werden kann und welchen Anforderungen solche Phantome genügen sollten. Dies kann dabei helfen, die Systementwicklung zielführend und ressourceneffizient durchzuführen, Probleme bereits während früher Entwicklungsschritte aufzudecken und zu lösen und die Eignung des Verfahrens des entwickelten Systems zu beurteilen.

Magnetfelder und sichtbares Licht präsentieren zwei Operationen externe Reize für eine schnelle, ferngesteuerte, zuverlässige und heilende der Kleinrobotik weicher und harter Körper. Umden Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden, wurden selbstfahrende Bewegungen und komplexere Bewegungsmuster mit kleinen Robotern in der Längenskala von Mikro-bis Zentimeter demonstriert. In Bezug auf die begrenzte Betätigungsleistung und die mangelhafte Untersuchung der nicht linearen Dynamik von Hochgeschwindigkeitsbewegungsmustern in magnetischen weichen Robotern und der durch Niedrigenergie verursachten ineffizienten Bewegung von Mikrorobotern unter sichtbarem Licht konzentriert sich diese Arbeit auf drei Hauptthemen: ultraschnelle Roboter mit weichem Körper, angetrieben durch ein Magnetfeld, hoch-bewegliche, durch sichtbares Licht angetriebene Janus-Mikroroboter aus Silber/Silberchlorid (Ag/AgCl), sowie betätigt aktivierter effizienter Ausschluss zwischen plasmonischen Ag/AgCl-Mikrorobotern und passiven Partikeln mittels sichtbares Licht. Im ersten Teil der Arbeit wird wir eine Reihe von simulationsgesteuerten, leichten, langlebigen, nicht angegeschlossee und ultraschnellen magnetischen Robotern mit weichem Körper, demonstriert die Deformationen mit großer Amplitude (Drehw-inkel > 90◦) bei hohen Frequenzen von bis zu 100 Hz ausführen. Unsere Roboter können mit einem sehr kleinen Magnetfeld von nur 0.5 mT angetrieben werden, was 20-mal weniger ist als das der allgemeine Magnetroboter. Desweiteren werde ein numerisches Modell entwickelt, welches das grundlegende Verständnis dieser nicht linearen Dynamik in ultraschnellen weichen Robotern erklärt. Ein inspirierendes, blütenförmiges, weiches Roboterdesign mit ultraschneller Betätigung kann eine leb ende Fliege in 35msfür einen Moment einwickeln. Die Schließgeschwindigkeit ist etwa achtmal höher als die der Venusfliegenfalle. Wenn unsere mehrarmigen Roboter mit weichem Körper in einem bestimmten Bereich hoher Frequenzen reagieren, zeigen sie eine stark nicht lineare dynamische Betätigung, die als “Kreuzklatsch” - Bewegung bezeichnet wird, die durch Simulation vorhergesagt und durch Experimente beobachtet wird. Unsere multifunktionalen Roboter mit weichem Körper können mit externen Magneten laufen, schwimmen, schweben und Fracht transportieren. Weiterhin wird demonstrieren die Bewegung von Janus-Polystyrolpartikel (PS)/Ag/ AgCl-Mikrorobotern vorgestellt, die große Verschiebungen in reinem Wasser unter blauem Licht zeigen, und mögliche Verwendung in menschlichem Speichel, phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) und Rhodamin B (RhB) Lösungen. Finden der auf Janus Ag/AgCl basierende Mikroroboter kann die mittlere quadratische Verschiebung (MSD) in reinem Wasser in 8 s auf einen bemerkenswerten Wert von 800 μm2 steigern, welcher etwa siebenmal höher ist als die zuvor in der Literatur angegebenen MSDWerte für AgCl-basierte Mikroroboter. Es wird zudem eine Untersuchung experimentelle, unter Verwendung numerischer Simulationen, der Bewegung einzelner Janus-Partikel in kleinen (bestehend aus 2 und 3 einzelnen Janus-Partikeln) und großen Clustern (bestehend aus vielen einzelnen Janus-Partikeln) vorgestellt. Die höchsten Bewegungsgeschwindigkeiten und größten MSD-Werte wurden bei einzelnen Janus-Partikeln beobachtet. Mit zunehmender Anzahl von Einzelpartikeln, die einen aktiven Mikroroboter bilden, nehmen die detektierten Geschwindigkeiten und die MSD. Infolge der Aufhebung der Eigenbitgeschwindigkeiten der Janus-Partikelbestandteile aufgrund ihrer zufälligen Anordnung in den Baugruppen ab. Diese Studie kann dazu genutzt werde, umneue Designs von Mikrorobotern mit sichtbarem Licht zu realisieren, welche auf dem Oberflächenplasmonresonanzeffekt (SPR) basieren, sowie fortschrittliche Anwendungen zu entwickeln, die für die biomedizinischen und ökologischen Wissenschaften relevant sind. Anschließend wird eine Reihe von des welche Lichte aktivierende kollektiven Verhaltensweisen zwischen aktiven Ag/AgCl-basierten Mikrorobotern (Einzel-, Doppel-, Dreifach- und Cluster), durch sichtbares und passiven PS-Partikeln in reinemWasser. Bei Beleuchtung mit sichtbarem Licht lösen die Janus-Mikroroboter eine selbstfahrende Bewegung aus und schließen die umgebenden PS-Partikeln aus. Die ausschließliche Wirkung der passiven PS-Partikel ist bei großen Clustern von Janus-Partikeln aufgrund der starken Strömung der Produkte der chemischen Reaktion aus großen Clustern viel stärker als bei einzelnen Mikrorobotern. Dieses komplexe gemischte System mit beweglichen passiven und aktiven Objekten bietet Einblick in den interaktiven Effekt zwischen den PS-Partikeln und bietet vielversprechende Auswirkungen auf den licht aktivierten Antriebstransport und die chemische Erfassung.

Robot Operating System (ROS) ist ein Framework für Robotersteuerung, das die Kommunikation zwischen verschiedenen Robotermodulen ermöglicht. Weiterhin bietet es fertige Lösungen für Vorwärts- und Rückwärtskinematik serieller Roboter. Für parallele Roboter muss die Berechnung der Kinematik in ROS allerdings individuell erfolgen. Diese ist durch lange, verschachtelte Formeln gekennzeichnet, was die Wahrscheinlichkeit für Fehler in der Programmierung erhöht. Hier kommt die geometrische Mathematiksoftware GeoGebra zum Einsatz. Durch die geometrische Modellierung des parallelen Roboters in GeoGebra kann jeder Schritt in der Kinematikberechnung nachverfolgt und mit den Ergebnissen aus der Programmierung in ROS kontrolliert werden. Dadurch können Fehler in den Formeln schneller erkannt und behoben werden. Danach erfolgt die Simulation des parallelen Roboters in der Visualisierungsumgebung von ROS RViz. / Robot Operating System (ROS) is a framework for controlling robots that enables communication between different robot modules. It also provides complete solution for forward and inverse kinematics of serial robots. However, for parallel robots, kinematics calculation must be done individually. These are characterized by long, nested formulas, which increases the likelihood of errors in programming. The geometric mathematics software GeoGebra can be implemented to overcome this problem. By geometrically modelling the parallel robot in GeoGebra, every step in kinematics calculation can be traced and checked against the result from the programming in ROS. This allows errors in the formulas to be detected and corrected more quickly. Then, the parallel robot is simulated in the visualization environment in ROS RViz.

Mit der immer stärker werdenden Präsenz unterschiedlicher Verkörperter Digitaler Technologien (Embodied Digital Technologies, EDTs) in die bisher ausschließlich menschliche Gesellschaft ergibt sich die Frage nach der Integration dieser künstlichen Akteure in sogenannte Hybride Gesellschaften (Hybrid Societies). EDTs umfassen unterschiedliche Technologien wie beispielsweise bionische Prothesen zur Funktionswiederherstellung und -erweiterung an Menschen ebenso wie Roboter als (teil-)autonome Systeme. Deren Wahrnehmung und in weiterer Folge die Rolle von moralischer und rechtlicher Verantwortungsübernahme in Hybriden Gesellschaften wurde im Rahmen dieser Dissertation untersucht. Sozialpsychologische Forschung zeigte wiederholt, dass sich die soziale Wahrnehmung, traditionell zweidimensional (Kompetenz und Wärme) oder dreidimensional (Kompetenz, Sozialität, Moralität) gedacht, auf gesellschaftliche Prozesse auswirkt. In Hybriden Gesellschaften, wo nicht nur menschliche Akteure in diese Prozesse eingebunden sind, stellt sich nun die Frage, ob und wie menschliche soziale Wahrnehmungsdimensionen anwendbar auf künstliche Akteure sind. Unterschiedliche Modelle zeigen, dass Menschen ursprünglich menschliche Interaktionsmuster auf künstliche Akteure übertragen, beziehungsweise dass die Einschätzung der Kompetenz Auswirkungen auf die tatsächliche Nutzung von technischen Systemen hat. Es wurde daher in zwei Studien (Artikel II und III) untersucht, inwieweit menschliche Attributionen hinsichtlich der Dimensionen Kompetenz, Sozialität und Moralität anwendbar auf Industrieroboter, soziale Roboter und androide Roboter sind. Dabei zeigte sich, dass die Kompetenzdimension überwiegend anwendbar war. Demgegenüber waren die inhärent menschlichen Dimensionen Sozialität und Moralität zu geringeren Anteilen auf EDTs übertragbar: Hier zeigte sich, dass Proband:innen ungerne sehr menschliche Attribute auf EDTs anwandten. Daher wurde, auf Basis vorhergehender Studien, ein Erhebungsinstrument entwickelt und validiert, welches im Speziellen die soziale Wahrnehmung von Robotern auf den Dimensionen Anthropomorphismus, Moralität/Sozialität und Aktivität/Kooperation abbildet (Artikel IV). Dieses Instrument wurde in einer weiteren Studie angewandt, um die soziale Wahrnehmung von EDTs basierend auf einer Interaktionsszene mit einem Menschen zu erfassen (Artikel V). Hierbei zeigte sich, dass menschenähnliches Design sowohl bei Robotern als auch bei Telepräsenzsystemen eine Rolle in der Zuschreibung sozialer Dimensionen spielt. Darüber hinaus wurden interindividuelle Unterschiede in der Attribution sozialer Dimensionen zu EDTs in den Artikeln II, III und V untersucht. Zwar zeigten sich einzelne Zusammenhänge als replizierbar, jedoch ist die Gesamtheit der Zusammenhänge weiterhin als arbiträr zu betrachten. In Abhängigkeit der menschlichen Integration in EDTs stellen sich außerdem Fragen nach moralischer und rechtlicher Verantwortlichkeit: In menschlichen Gesellschaften wird von vollwertigen Mitgliedern erwartet, Verantwortung für ihr Handeln in moralischer und rechtlicher Hinsicht zu übernehmen. Wenn allerdings nicht mehr Menschen die Handelnden sind, sondern autonome Systeme, so wird hier ein Rahmenmodell benötigt, welches einerseits die unterschiedlichen Akteure definiert und andererseits die benötigen Fähigkeiten zur Verantwortungsübernahme und deren Zuordnung zu den Akteuren umfasst. Dieses vorläufige Modell wurde in einem interdisziplinären Zugang aus psychologischer und juristischer Perspektive konzeptualisiert und legt somit eine umfassende theoretische Basis für weitere Forschung (Artikel I). Es wurden sieben Akteure und sieben Fähigkeiten definiert, wobei sowohl aus psychologischer als auch juristischer Perspektive zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur der Mensch als Akteur vollständige Verantwortung übernehmen kann. Die Kombination dieser beiden Forschungsziele – die theoretische Konzeptualisierung von moralischer Verantwortung und die Untersuchung sozialer Wahrnehmung von EDTs – fand in Artikel V statt: Es wurden Interviewdaten von Personen, welche mit einem mit Künstlicher Intelligenz ausgestatteten Sortiersystem arbeiteten, erfasst und untersucht, welche Fähigkeiten des Modells zur Verantwortungsübernahme und welche sozialen Dimensionen erwähnt wurden. Dabei fanden sich alle Fähigkeiten der psychologischen Verantwortungsübernahme und die sozialen Dimensionen Kompetenz, Sozialität, Anthropomorphismus, Aktivität und Kooperation wieder. Nicht zuletzt auf Basis dieser Befunde zeigt sich die Relevanz der in dieser Dissertation dargestellten Forschung: Hybride Gesellschaften werden in Zukunft immer stärker an Präsenz gewinnen, was eine frühzeitige wissenschaftliche Begleitung nötig macht. So ist der Aspekt der Verantwortungsübernahme unbenommen nicht nur aus psychologischer, sondern insbesondere auch aus juristischer Perspektive von großer Brisanz. Auch der Aspekt der sozialen Wahrnehmung, welcher schlussendlich die Vorbedingung für die tatsächliche Nutzung unterschiedlicher EDTs in angedachten Bereichen wie Pflege oder Bildung darstellt, verdient Beachtung. Letztlich wurde im Rahmen dieser Dissertation ein Modell zur Verantwortungsübernahme in Hybriden Gesellschaften erstellt und der Frage danach, ob EDTs als soziale Akteure betrachtet werden, nachgegangen – auch wenn diese Frage nur vorläufig und unter bestimmten Bedingungen bejaht werden kann.:I. Synopsis 1. Introduction 1.1. Actors in Hybrid Societies – who (or what) are they? 1.2. Issue of responsibility 2. Hybrid Societies 2.1. Embodied Digital Technologies (and the like) 2.1.1. Industrial Robots 2.1.2. Social Robots 2.1.3. Telepresence Systems 2.1.4. Conclusion 2.2. Models of humans interacting with EDTs 2.2.1. Technology Acceptance Model 2.2.2. Computers are Social Actors 2.2.3. Anthropomorphism 2.2.4. Sociomorphing 2.2.5. Conclusion 2.3. Social Perception 2.3.1. Social perception of humans 2.3.2. Social perception of EDTs 2.3.2.1. Competence 2.3.2.2. Warmth 2.3.3. Individual differences associated with social perception 2.3.4. Assessment of social perception of EDTs 2.3.4.1. The Godspeed Questionnaire 2.3.4.2. The Robotic Social Attributes Scale 2.3.4.3. General Attitudes Towards Robots Scale 2.3.4.4. Attitudes towards social robots scale 2.3.5. Conclusion 2.4. Responsibility in Hybrid Societies 2.4.1. Moral agents and moral patients 2.4.2. Moral machines? 2.4.3. Conclusion 3. Research objectives 3.1. General objective 3.2. Key questions 4. Study summaries 4.1. Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms 4.2. Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses 4.3. Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 4.4. The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and Testing a Scale for Successful Interaction Between Humans and Robots 4.5. Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with humans 4.6. Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting 5. Discussion 5.1. Social perception of EDTs 5.1.1. Anthropomorphism 5.1.2. Competence 5.1.3. Sociability/Morality 5.1.4. Activity/Cooperation 5.1.5. Personality traits associated with social perception 5.1.6. Are robots perceived as social actors? 5.2. Moral responsibility 5.3. Practical implications 5.4. Critical reflection of the studies 5.4.1. Stimulus material 5.4.2. Items 5.4.3. Sample composition 5.5. Future research 5.5.1. Type of contact and scenario 5.5.2. Gender 5.5.3. Diversity aspects 5.6. Conclusion 6. References II. Papers 7. Paper I: Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms 8. Paper II: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses 9. Paper III: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social perception 10. Paper IV: The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and testing a scale for successful interaction between humans and robots 11. Paper V: Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with humans 12. Paper VI: Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting Publication List / With the increasing presence of different Embodied Digital Technologies (EDTs) in the so far exclusively human society, the question of the integration of these artificial actors in so-called Hybrid Societies is being explored. EDTs comprise different technologies such as bionic prostheses for function restoration and enhancement on humans, or robots as (partially) autonomous systems. Their perception and subsequently the role of moral and legal responsibility in Hybrid Societies was investigated in this dissertation. Social psychological research repeatedly showed that social perception, traditionally thought of as two-dimensional (competence and warmth) or three-dimensional (competence, sociability, morality), affects social processes. In Hybrid Societies, where not only human actors are involved in these processes, the question arises whether and how human social perception is applicable to artificial actors. Different models show that people do transfer originally human interaction patterns to artificial actors, respectively that the assessment of competence has an impact on the actual use of technical systems. Therefore, two studies (Papers II and III) investigated the extent to which human attributions regarding the dimensions of competence, sociability, and morality are applicable to industrial robots, social robots, and android robots. Results showed that the dimension of competence was predominantly applicable. In contrast, the inherently human dimensions sociability and morality were applicable to EDTs to a lesser extent: Subjects were reluctant to apply very human attributes to EDTs. Therefore, based on previous studies, a questionnaire was developed and validated, which specifically maps the social perception of robots on the dimensions anthropomorphism, sociability/morality, and activity/cooperation (Paper IV). This instrument was applied in a subsequent study to assess the social perception of EDTs based on an interaction scene with a human (Paper V). Here, human-like design was shown to play a role in the attribution of social dimensions for both robots and telepresence systems. Interindividual differences in the attribution of social dimensions to EDTs were further examined in Papers II, III, and V. Although individual correlations were shown to be replicable, the totality of correlations must still be considered arbitrary. Depending on human integration in EDTs, questions of moral and legal responsibility arise: In human societies, full members are expected to assume responsibility for their actions in moral and legal terms. However, if the actors are no longer humans but autonomous systems, a framework model is needed that on one hand defines the different actors, and on the other hand includes the required capacities for taking responsibility, and their allocation to the actors. This preliminary model was conceptualized in an interdisciplinary approach from a psychological and a legal perspective, thus laying a comprehensive theoretical foundation for further research (Paper I). Seven actors and seven capacities were defined, and from both a psychological and a legal perspective, only humans can assume complete responsibility as actors at this stage. The combination of these two research objectives – the theoretical conceptualization of moral responsibility and the investigation of social perception of EDTs – took place in Paper V: Interview data of persons who worked with a sorting system equipped with artificial intelligence were examined for the unprompted mentions of the capacities from the responsibility model and dimensions of social perception. All capacities and the social dimensions competence, sociability, anthropomorphism, activity, and cooperation were mentioned by actual users of an AI-based system. Not least on the basis of these findings, the relevance of the research presented in this thesis becomes apparent: Hybrid Societies will gain more and more presence in the future, which makes an early scientific monitoring necessary. Thus, the aspect of responsibility is unquestionably highly relevant, not only from a psychological, but also from a legal perspective. The aspect of social perception, which ultimately represents the precondition for the actual use of different EDTs in various envisaged areas such as care or education, also deserves attention. Ultimately, in this dissertation, we created a model for responsibility in Hybrid Societies and the question of whether EDTs are considered as social actors was explored – even if this question can only be answered in the affirmative provisionally and under certain conditions.:I. Synopsis 1. Introduction 1.1. Actors in Hybrid Societies – who (or what) are they? 1.2. Issue of responsibility 2. Hybrid Societies 2.1. Embodied Digital Technologies (and the like) 2.1.1. Industrial Robots 2.1.2. Social Robots 2.1.3. Telepresence Systems 2.1.4. Conclusion 2.2. Models of humans interacting with EDTs 2.2.1. Technology Acceptance Model 2.2.2. Computers are Social Actors 2.2.3. Anthropomorphism 2.2.4. Sociomorphing 2.2.5. Conclusion 2.3. Social Perception 2.3.1. Social perception of humans 2.3.2. Social perception of EDTs 2.3.2.1. Competence 2.3.2.2. Warmth 2.3.3. Individual differences associated with social perception 2.3.4. Assessment of social perception of EDTs 2.3.4.1. The Godspeed Questionnaire 2.3.4.2. The Robotic Social Attributes Scale 2.3.4.3. General Attitudes Towards Robots Scale 2.3.4.4. Attitudes towards social robots scale 2.3.5. Conclusion 2.4. Responsibility in Hybrid Societies 2.4.1. Moral agents and moral patients 2.4.2. Moral machines? 2.4.3. Conclusion 3. Research objectives 3.1. General objective 3.2. Key questions 4. Study summaries 4.1. Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms 4.2. Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses 4.3. Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics 4.4. The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and Testing a Scale for Successful Interaction Between Humans and Robots 4.5. Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with humans 4.6. Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting 5. Discussion 5.1. Social perception of EDTs 5.1.1. Anthropomorphism 5.1.2. Competence 5.1.3. Sociability/Morality 5.1.4. Activity/Cooperation 5.1.5. Personality traits associated with social perception 5.1.6. Are robots perceived as social actors? 5.2. Moral responsibility 5.3. Practical implications 5.4. Critical reflection of the studies 5.4.1. Stimulus material 5.4.2. Items 5.4.3. Sample composition 5.5. Future research 5.5.1. Type of contact and scenario 5.5.2. Gender 5.5.3. Diversity aspects 5.6. Conclusion 6. References II. Papers 7. Paper I: Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms 8. Paper II: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses 9. Paper III: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social perception 10. Paper IV: The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and testing a scale for successful interaction between humans and robots 11. Paper V: Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with humans 12. Paper VI: Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting Publication List

Die Verbindung von Robotern mit Virtual Reality (VR) zur Echtzeitvisualisierung stellt eine erhebliche Programmierherausforderung dar. Dieser Vortrag zeigt einen vereinfachten Ansatz unter Verwendung des Robot Operating System (ROS), einer Open-Source-Plattform, die diese Aufgabe erleichtert. Durch den Einsatz von ROS kann der Programmieraufwand deutlich reduzieren werden, indem vorhandene Pakete für eine nahtlose Integration von Robotern und VR genutzt werden. In dieser Präsentation wird schrittweise erläutert, wie diese Verbindung realisiert wird, was neue Möglichkeiten in der Visualisierung und Steuerung von Robotern mit minimalem Programmieraufwand erschließt. Diese Methode ebnet den Weg für innovative Anwendungen in Robotik und VR und bietet praktische Einblicke für Entwickler und Forscher. / Connecting robots with Virtual Reality (VR) for real-time visualization poses a significant programming challenge. This presentation demonstrates a simplified approach using the Robot Operating System (ROS), an open-source platform that facilitates this task. By utilizing ROS, the programming effoit can be significantly reduced by leveraging existing packages for seamless robot-VR integration. This presentation will explain step-by-step how this connection can be realized, opening new possibilities in visualization and control of robots with minimal programming effort. This method paves the way for innovative applications in robotics and VR, providing practical insights for developers and researchers.

Gesten sind ein Kommunikationsweg, der einem Betrachter Informationen oder Absichten übermittelt. Daher können sie effektiv in der Mensch-Roboter-Interaktion, oder in der Mensch-Maschine-Interaktion allgemein, verwendet werden. Sie stellen eine Möglichkeit für einen Roboter oder eine Maschine dar, um eine Bedeutung abzuleiten. Um Gesten intuitiv benutzen zukönnen und Gesten, die von Robotern ausgeführt werden, zu verstehen, ist es notwendig, Zuordnungen zwischen Gesten und den damit verbundenen Bedeutungen zu definieren -- ein Gestenvokabular. Ein Menschgestenvokabular definiert welche Gesten ein Personenkreis intuitiv verwendet, um Informationen zu übermitteln. Ein Robotergestenvokabular zeigt welche Robotergesten zu welcher Bedeutung passen. Ihre effektive und intuitive Benutzung hängt von Gestenerkennung ab, das heißt von der Klassifizierung der Körperbewegung in diskrete Gestenklassen durch die Verwendung von Mustererkennung und maschinellem Lernen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit beiden Forschungsbereichen. Als eine Voraussetzung für die intuitive Mensch-Roboter-Interaktion wird zunächst ein Aufmerksamkeitsmodell für humanoide Roboter entwickelt. Danach wird ein Verfahren für die Festlegung von Gestenvokabulare vorgelegt, das auf Beobachtungen von Benutzern und Umfragen beruht. Anschliessend werden experimentelle Ergebnisse vorgestellt. Eine Methode zur Verfeinerung der Robotergesten wird entwickelt, die auf interaktiven genetischen Algorithmen basiert. Ein robuster und performanter Gestenerkennungsalgorithmus wird entwickelt, der auf Dynamic Time Warping basiert, und sich durch die Verwendung von One-Shot-Learning auszeichnet, das heißt durch die Verwendung einer geringen Anzahl von Trainingsgesten. Der Algorithmus kann in realen Szenarien verwendet werden, womit er den Einfluss von Umweltbedingungen und Gesteneigenschaften, senkt. Schließlich wird eine Methode für das Lernen der Beziehungen zwischen Selbstbewegung und Zeigegesten vorgestellt. / Gestures consist of movements of body parts and are a mean of communication that conveys information or intentions to an observer. Therefore, they can be effectively used in human-robot interaction, or in general in human-machine interaction, as a way for a robot or a machine to infer a meaning. In order for people to intuitively use gestures and understand robot gestures, it is necessary to define mappings between gestures and their associated meanings -- a gesture vocabulary. Human gesture vocabulary defines which gestures a group of people would intuitively use to convey information, while robot gesture vocabulary displays which robot gestures are deemed as fitting for a particular meaning. Effective use of vocabularies depends on techniques for gesture recognition, which considers classification of body motion into discrete gesture classes, relying on pattern recognition and machine learning. This thesis addresses both research areas, presenting development of gesture vocabularies as well as gesture recognition techniques, focusing on hand and arm gestures. Attentional models for humanoid robots were developed as a prerequisite for human-robot interaction and a precursor to gesture recognition. A method for defining gesture vocabularies for humans and robots, based on user observations and surveys, is explained and experimental results are presented. As a result of the robot gesture vocabulary experiment, an evolutionary-based approach for refinement of robot gestures is introduced, based on interactive genetic algorithms. A robust and well-performing gesture recognition algorithm based on dynamic time warping has been developed. Most importantly, it employs one-shot learning, meaning that it can be trained using a low number of training samples and employed in real-life scenarios, lowering the effect of environmental constraints and gesture features. Finally, an approach for learning a relation between self-motion and pointing gestures is presented.

Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden sog. sensorgeführte Roboterbewegungen, d. h. die Nutzung von Informationen externer Sensoren zur Regelung des Roboters. Da gängige Industrierobotersysteme üblicherweise positionsgeregelt sind und seitens der Robotersteuerung lediglich der Zugriff zu den Sollwerten der Lageregelkreise erlaubt wird, kann auch der Regelkreis der sensorgeführten Roboterbewegung nur über den Lageregelkreis geschlossen werden. Aus diesem Grunde werden hier nur positionsbasierte Regelungsansätze verfolgt. Die Kraft-/ Momentregelung gilt als eine der wichtigsten Varianten sensorgeführter Roboterbewegungen. Dementsprechend widmet sich auch ein großer Teil dieser Arbeit dem Thema, mit dem Ziel durch innovative und übersichtliche Regelalgorithmen die Akzeptanz der Kraft-/ Momentregelung in industriellen Produktionsprozessen zu erhöhen. Beginnend mit der eindimensionalen Kraftregelung führt der Weg dabei über Konzepte zur Konturenverfolgung und kraft-/ momentgeregelten Montageaufgaben hin zur Kooperation von Robotern. In einem weiteren Teil wird ein Konzept zur Kollisionsvermeidung zwischen Robotern und Hindernissen präsentiert. Es basiert auf dem Ansatz der virtuellen Potential- bzw. Kraftfelder. Dabei ruft das künstliche Feld eine Bewegung des Roboters hervor, die vom Hindernis weg führt. Um das Feld zu erzeugen, wird die Methode der künstlichen Punktladungen entwickelt. Diese werden auf der Oberfläche eines Hindernisses platziert und generieren dann das virtuelle Kraftfeld. Die Platzierung kann z. B. mithilfe der CAD-Daten des Hindernisses erfolgen. Bei bewegten Objekten müssen alle Ladungspositionen ständig aktualisiert werden. Für Lehr- und Präsentationszwecke ist das sog. inverse Pendel eine oft genutzte Regelstrecke. Sein Aufrichten und Stabilisieren ist auch mit Hilfe eines Industrieroboters möglich. Dazu beschäftigt sich ein Kapitel dieser Arbeit mit Fragen zur Modellbildung der Kombination inverses Pendel und Industrieroboter und mit Regelungskonzepten für das Aufschwingen und Balancieren. Letztendlichen wird in diesem Zusammenhang noch ein Visual-Servoing System präsentiert, dass den Neigungswinkel des Pendels mit einer Kamera bestimmt. Alle hier vorgestellten Konzepte und Algorithmen werden Anhand von praktischen Experimenten verifiziert. / This work deals with so-called sensor guided robot motions, which means using the data of external sensors to control the robot. The control loop of the sensor guided robot motion can be only closed around the position control loop, because industrial robot systems usually work position controlled and only access to the desired positions is enabled. For this reason here only position based control approaches are regarded. Force/torque control is a very important type of sensor guided robot motions. According to this, a good portion of this work deals with the subject of force/torque control. Thus, the acceptance of force/torque control in industrial production processes should be increased, by using innovative and clear control algorithms. For this purpose force control in one degree of freedom, contour-following, force/torque controlled assembling tasks and the cooperation between robots are discussed here in different chapters. Thereafter, a concept to collision avoidance between robots and obstacles is presented. It uses the approach of virtual potential/force fields. In this case the artificial field induces a robot motion away from the obstacle. The method of artificial charges is developed to generate this field. For this purpose virtual charges are placed on the surface of the obstacles. Placing of the charges can be performed using e.g. CAD data of the obstacles. Having moving obstacles charge positions must be updated continuously. The inverted pendulum is commonly used teaching students in control theory. The swinging up and the stabilization of the pendulum also can be performed by an industrial robot. One chapter of this work deals with modelling of the robot mounted inverted pendulum and control algorithms for its swinging up and its stabilization. Finally, in combination with the inverted pendulum a visual-servoing system is presented, which measures the pendulum inclination angle by camera. All concepts introduced in this work are verified by practical experiments.

Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden sog. sensorgeführte Roboterbewegungen, d. h. die Nutzung von Informationen externer Sensoren zur Regelung des Roboters. Da gängige Industrierobotersysteme üblicherweise positionsgeregelt sind und seitens der Robotersteuerung lediglich der Zugriff zu den Sollwerten der Lageregelkreise erlaubt wird, kann auch der Regelkreis der sensorgeführten Roboterbewegung nur über den Lageregelkreis geschlossen werden. Aus diesem Grunde werden hier nur positionsbasierte Regelungsansätze verfolgt. Die Kraft-/ Momentregelung gilt als eine der wichtigsten Varianten sensorgeführter Roboterbewegungen. Dementsprechend widmet sich auch ein großer Teil dieser Arbeit dem Thema, mit dem Ziel durch innovative und übersichtliche Regelalgorithmen die Akzeptanz der Kraft-/ Momentregelung in industriellen Produktionsprozessen zu erhöhen. Beginnend mit der eindimensionalen Kraftregelung führt der Weg dabei über Konzepte zur Konturenverfolgung und kraft-/ momentgeregelten Montageaufgaben hin zur Kooperation von Robotern. In einem weiteren Teil wird ein Konzept zur Kollisionsvermeidung zwischen Robotern und Hindernissen präsentiert. Es basiert auf dem Ansatz der virtuellen Potential- bzw. Kraftfelder. Dabei ruft das künstliche Feld eine Bewegung des Roboters hervor, die vom Hindernis weg führt. Um das Feld zu erzeugen, wird die Methode der künstlichen Punktladungen entwickelt. Diese werden auf der Oberfläche eines Hindernisses platziert und generieren dann das virtuelle Kraftfeld. Die Platzierung kann z. B. mithilfe der CAD-Daten des Hindernisses erfolgen. Bei bewegten Objekten müssen alle Ladungspositionen ständig aktualisiert werden. Für Lehr- und Präsentationszwecke ist das sog. inverse Pendel eine oft genutzte Regelstrecke. Sein Aufrichten und Stabilisieren ist auch mit Hilfe eines Industrieroboters möglich. Dazu beschäftigt sich ein Kapitel dieser Arbeit mit Fragen zur Modellbildung der Kombination inverses Pendel und Industrieroboter und mit Regelungskonzepten für das Aufschwingen und Balancieren. Letztendlichen wird in diesem Zusammenhang noch ein Visual-Servoing System präsentiert, dass den Neigungswinkel des Pendels mit einer Kamera bestimmt. Alle hier vorgestellten Konzepte und Algorithmen werden Anhand von praktischen Experimenten verifiziert. / This work deals with so-called sensor guided robot motions, which means using the data of external sensors to control the robot. The control loop of the sensor guided robot motion can be only closed around the position control loop, because industrial robot systems usually work position controlled and only access to the desired positions is enabled. For this reason here only position based control approaches are regarded. Force/torque control is a very important type of sensor guided robot motions. According to this, a good portion of this work deals with the subject of force/torque control. Thus, the acceptance of force/torque control in industrial production processes should be increased, by using innovative and clear control algorithms. For this purpose force control in one degree of freedom, contour-following, force/torque controlled assembling tasks and the cooperation between robots are discussed here in different chapters. Thereafter, a concept to collision avoidance between robots and obstacles is presented. It uses the approach of virtual potential/force fields. In this case the artificial field induces a robot motion away from the obstacle. The method of artificial charges is developed to generate this field. For this purpose virtual charges are placed on the surface of the obstacles. Placing of the charges can be performed using e.g. CAD data of the obstacles. Having moving obstacles charge positions must be updated continuously. The inverted pendulum is commonly used teaching students in control theory. The swinging up and the stabilization of the pendulum also can be performed by an industrial robot. One chapter of this work deals with modelling of the robot mounted inverted pendulum and control algorithms for its swinging up and its stabilization. Finally, in combination with the inverted pendulum a visual-servoing system is presented, which measures the pendulum inclination angle by camera. All concepts introduced in this work are verified by practical experiments.