This thesis provides a systematic guideline for evaluating, integrating and designing the collaborative end effector system associated with commercially available collaborative robots (cobots). On the basis of ISO/TS 15066:2016, customers’ demands are categorised as a macro demand framework and micro demand variables, which are parameterised and hierarchised. By analysing these parameters, the collaborative degree is determined to correlate the hazards with protection measures, which can demonstrate the collaborative safety level transparently. After that, the safety protection measures are specifically proposed corresponding to the potential risks. Finally, an industrial application is evaluated, a novel adapter utilised on the UR5 cobot is illustrated, and its characteristics for the collaborative operation are described.:1 Introduction 2 Robotic end effector in Assembly and Handling 3 Concept and Definition of Collaboration 4 Statement of the academic purpose and methodology 5 Guideline and Methodology for designing the Active Lightweight End-effector (ALE) for collaborative robots 6 Performance demand d4): multiplicity and versatility of end effector 7 A safety monitoring end effector (Adapter) for collaborative operations 8 A practical study of collaborative integration based on collaborative degree 9 Conclusion Appendix / Diese Arbeit liefert einen systematischen Leitfaden für die Bewertung, Integration und Gestaltung des kollaborierenden Endeffektorsystems in Verbindung mit kommerziell verfügbaren kollaborativen Robotern (Kobots). Auf der Grundlage der ISO/TS 15066:2016 werden die Anforderungen der Kunden in einen Makro-Bedarfsrahmen und Mikro-Bedarfsvariablen kategorisiert, die parametrisiert und hierarchisiert werden. Durch die Analyse dieser Parameter wird der Kollaborationsgrad ermittelt, um die Gefährdungen mit Schutzmaßnahmen zu korrelieren, die die kollaborierende Sicherheitsstufe transparent darstellen können. Danach werden die Schutzmaßnahmen entsprechend den potenziellen Risiken vorgeschlagen. Schließlich wird ein industrieller Anwendungsfall bewertet, ein neuartiger Adapter für den Einsatz an einem Roboter UR5 erläutert und dessen Kenndaten für den kollaborierenden Betrieb beschrieben.:1 Introduction 2 Robotic end effector in Assembly and Handling 3 Concept and Definition of Collaboration 4 Statement of the academic purpose and methodology 5 Guideline and Methodology for designing the Active Lightweight End-effector (ALE) for collaborative robots 6 Performance demand d4): multiplicity and versatility of end effector 7 A safety monitoring end effector (Adapter) for collaborative operations 8 A practical study of collaborative integration based on collaborative degree 9 Conclusion Appendix

In der Netzwerkgesellschaft des 21. Jahrhunderts gilt die kollaborative Verteilung und Nutzung von Information und Wissen als Schlüsselstrategie für den webbasierten Informations- und Wissenstransfer. Durch die technologischen Möglichkeiten werden technische Zugangsbarrieren weitestgehend überwunden und traditionelle Formen der Wissensvermittlung durch moderne webbasierte Lernumgebungen ergänzt. Der Umgang mit kollaborativen Lehr- und Lernszenarien im dynamischen Informations- und Wissenstransfer bildet die Grundlage für den soziokulturellen Fortschritt innerhalb der Bildungsforschung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der strukturellen und relationalen Analyse sozialer Organisationsstrukturen innerhalb von Wissensnetzwerken. Ziel war es, Einflussfaktoren offenzulegen, die sich auf das Innovations- und Distributionspotential von Information und Wissen innerhalb von kollaborativen Wissensnetzwerken auswirken. Es wurden dazu Interaktionsprozesse von Teilnehmern innerhalb von Diskussionsforen am Beispiel der Lernplattform OPAL – dem aktuell populärsten Lernmanagementsystem in der Hochschulbildung Sachsens, Deutschland – untersucht. Unter der Annahme, dass soziale Interaktion besonders im Umgang mit kollaborativen Medien den Bildungsablauf und der Aufbau von Wissensnetzwerken die Lehr- und Lernprozesse beeinflusst, wurden in dieser Arbeit die strukturellen Bedingungen des kollaborativen Wissensnetzwerkes in OPAL exploriert und soziale Rollenkonstrukte relational identifiziert, um die Auswirkungen kollaborativer Aktivitäten auf den Informations- und Wissenstransfer in Wissensnetzwerken zu erklären. Es wurden vornehmlich beziehungsorientierte kommunikationstheoretische Modelle zugrunde gelegt und relationale Forschungsmethoden wie SNA (Social Network Analysis) und DNA (Dynamic Network Analysis) angewandt, um eine Basis für die weiterführende Implementierung sozial vernetzter Lehr- und Lernstrategien in der Bildungsforschung zu schaffen. […] / In the network society of the 21st century, a key strategy for web-based exchange of information and knowledge is their collaborative distribution and use. Technical hurdles of access are mostly being overcome with technological advances and traditional forms of passing on knowledge are being complemented by modern, e-learning environments. Within research into education, the foundation for socio-cultural progress is formed by involvement with collaborative teaching and learning scenarios in a dynamic exchange of information and knowledge. The emphasis of this work lay in the analysis of structures and relationships of social organisations within knowledge networks. The aim was to describe the exchange of information and knowledge in collaborative learning systems and to explore its influence on the potential for innovation and distribution of information and knowledge. A study was undertaken of the interaction of participants in discussion forums as exemplified by the learning platform OPAL – currently the most popular learning management system in secondary school education in Saxony, Germany. On the assumption that social interaction, particularly involving collaborative media, the progress of education and the construction of knowledge networks do influence teaching and learning processes, this work explored the structural conditions of OPAL's collaborative knowledge network and identified relationships between social role constructs in order to explain the effect of collaborative activities on the process of diffusion of information and knowledge in knowledge networks. Primarily the study was based on relationship oriented sociological models and communication theory models, and research methods for relationships, including SNA (Social Network Analysis) and DNA (Dynamic Network Analysis) were applied, so as to create a basis for further implementation of social network teaching and learning strategies in educational research. [...]

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In der vorliegenden Dissertation wurde ein datengetriebenes Verfahren zum maschinellen Lernen von Mensch-Roboter Interaktionen auf Basis von Mensch-Mensch Demonstrationen entwickelt. Während einer Trainingsphase werden Bewegungen zweier Interakteure mittels Motion Capture erfasst und in einem Zwei-Personen Interaktionsmodell gelernt. Zur Laufzeit wird das Modell sowohl zur Erkennung von Bewegungen des menschlichen Interaktionspartners als auch zur Generierung angepasster Roboterbewegungen eingesetzt. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes wird in drei komplexen Anwendungen evaluiert, die jeweils kontinuierliche Bewegungskoordination zwischen Mensch und Roboter erfordern. Das Ergebnis der Dissertation ist ein Lernverfahren, das intuitive, zielgerichtete und sichere Kollaboration mit Robotern ermöglicht.

In der Netzwerkgesellschaft des 21. Jahrhunderts gilt die kollaborative Verteilung und Nutzung von Information und Wissen als Schlüsselstrategie für den webbasierten Informations- und Wissenstransfer. Durch die technologischen Möglichkeiten werden technische Zugangsbarrieren weitestgehend überwunden und traditionelle Formen der Wissensvermittlung durch moderne webbasierte Lernumgebungen ergänzt. Der Umgang mit kollaborativen Lehr- und Lernszenarien im dynamischen Informations- und Wissenstransfer bildet die Grundlage für den soziokulturellen Fortschritt innerhalb der Bildungsforschung. Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der strukturellen und relationalen Analyse sozialer Organisationsstrukturen innerhalb von Wissensnetzwerken. Ziel war es, Einflussfaktoren offenzulegen, die sich auf das Innovations- und Distributionspotential von Information und Wissen innerhalb von kollaborativen Wissensnetzwerken auswirken. Es wurden dazu Interaktionsprozesse von Teilnehmern innerhalb von Diskussionsforen am Beispiel der Lernplattform OPAL – dem aktuell populärsten Lernmanagementsystem in der Hochschulbildung Sachsens, Deutschland – untersucht. Unter der Annahme, dass soziale Interaktion besonders im Umgang mit kollaborativen Medien den Bildungsablauf und der Aufbau von Wissensnetzwerken die Lehr- und Lernprozesse beeinflusst, wurden in dieser Arbeit die strukturellen Bedingungen des kollaborativen Wissensnetzwerkes in OPAL exploriert und soziale Rollenkonstrukte relational identifiziert, um die Auswirkungen kollaborativer Aktivitäten auf den Informations- und Wissenstransfer in Wissensnetzwerken zu erklären. Es wurden vornehmlich beziehungsorientierte kommunikationstheoretische Modelle zugrunde gelegt und relationale Forschungsmethoden wie SNA (Social Network Analysis) und DNA (Dynamic Network Analysis) angewandt, um eine Basis für die weiterführende Implementierung sozial vernetzter Lehr- und Lernstrategien in der Bildungsforschung zu schaffen. […] / In the network society of the 21st century, a key strategy for web-based exchange of information and knowledge is their collaborative distribution and use. Technical hurdles of access are mostly being overcome with technological advances and traditional forms of passing on knowledge are being complemented by modern, e-learning environments. Within research into education, the foundation for socio-cultural progress is formed by involvement with collaborative teaching and learning scenarios in a dynamic exchange of information and knowledge. The emphasis of this work lay in the analysis of structures and relationships of social organisations within knowledge networks. The aim was to describe the exchange of information and knowledge in collaborative learning systems and to explore its influence on the potential for innovation and distribution of information and knowledge. A study was undertaken of the interaction of participants in discussion forums as exemplified by the learning platform OPAL – currently the most popular learning management system in secondary school education in Saxony, Germany. On the assumption that social interaction, particularly involving collaborative media, the progress of education and the construction of knowledge networks do influence teaching and learning processes, this work explored the structural conditions of OPAL's collaborative knowledge network and identified relationships between social role constructs in order to explain the effect of collaborative activities on the process of diffusion of information and knowledge in knowledge networks. Primarily the study was based on relationship oriented sociological models and communication theory models, and research methods for relationships, including SNA (Social Network Analysis) and DNA (Dynamic Network Analysis) were applied, so as to create a basis for further implementation of social network teaching and learning strategies in educational research. [...]