HMI-SchnittstelleDas vom Fraunhofer-Institut IPA entwickelte Robotersystem kann typische Anwendungsszenarien von Nutzern auf beliebigen Geräten mit Mensch-Maschine-Schnittstelle, beispielsweise Touchscreens, tausendfach in kürzester Zeit nachstellen. | Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez
TechnikRoboter testet Mensch-Maschine-Schnittstellen

Touchscreen unter Druck

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Rüdiger Vossberg

Rüdiger Voßberg

freier Journalist

Stresstest für Tastaturen und Displays: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart hat einen automatisierten Belastungsprüfstand für Touchscreens und andere Typen sogenannter Mensch-Maschine-Schnittstellen gebaut.

01. März 2016

Der mechanische Lichtschalter zählt wohl zu den frühesten Exemplaren einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) – im internationalen Sprachgebrauch auch als Human Machine Interface (HMI) bezeichnet. In den vergangenen Jahrzehnten wurden diese technischen Komponenten für die Kommunikation zwischen dem Menschen und seinen Maschinen von einfachsten Werkzeugen zu computergestützten Multi-Media-Tools von Ingenieuren und Wissenschaftlern weiterentwickelt.

Der Facettenreichtum der HMI-Schnittstellen zeigt sich heute an Beispielen wie Computer, Handy, Fernseher, Braille-Terminal oder numerischen Steuerungseinheiten, deren Benutzeroberflächen vollkommen unterschiedlich sind. Und neben diesen visuellen HMI-Schnittstellen gibt es auch noch akustische und sprachgesteuerte Exemplare, die zukünftig an Bedeutung gewinnen werden.

Alle Geräte sind in ihren speziellen Anwendungsbereichen deshalb schon unterschiedlichsten Umweltbedingungen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Das verwendete Material – wie zum Beispiel in Displays – wird durch eine kontinuierliche Benutzung besonders beansprucht und ist irgendwann in seiner Funktionalität so beeinträchtigt, dass dann auch die komplette Schnittstelle dem Menschen ihren Dienst versagt.

Roboter imitiert den Fingerdruck

Nun hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart einen robotergesteuerten Lebensdauertest vorgestellt, mit dem Gerätehersteller gezielt ihre spezifischen Alltagsbeanspruchungen simulieren können, um die Haltbarkeit der Produkte schon vor dem Verkauf zu ermitteln. „Typische Anwendungsfälle für unterschiedliche Geräte sind in unseren automatisierten Testreihen beliebig lange durchführbar“, erklärt der IPA-Experte Milad Geravand.

Zigtausende von Wiederholungen in wenigen Tagen: Was manuell nur schwer zu leisten wäre, absolviert jetzt das neu entwickelte Robotersystem in kürzester Zeit und kann dabei noch die unterschiedlichsten Anwendungsfälle für Mensch- Maschine-Schnittstellen nachstellen und ungestört dauertesten: Tastenbefehle, Eingabe von Informationen und Aktionen mit den Fingern, der gesamten Hand oder mit einem Stift – zum Beispiel für ein Touchpad. Die Gerätehersteller können dadurch genaue Kenntnisse über die Produktqualität erhalten, um so ihre Garantieleistungen rechtssicherer zu formulieren.

„Uns ist es gelungen, das Robotersystem so einzurichten, dass es einen Anwendungsfall, wie zum Beispiel die Bedienung eines Geldautomaten, genau nachstellen kann,“ berichtet Geravand. Für jedes zu prüfende HMI-Gerät entwerfen die Fraunhofer-Wissenschaftler zusammen mit dem Hersteller zunächst die typischen Nutzungsszenarien und Belastungsprofile für das spätere kommerzielle Einsatzgebiet.
Aufbauend auf diesen Kenntnissen richten die Forscher ihr Robotersystem ein. Herzstück der Stuttgarter Entwicklung ist der sogenannte Endeffektor, ein mit zahlreichen Sensoren besetzter Datenfinger, der sein menschliches Pendant für die Testzwecke mit allen Eigenschaften imitieren soll. „Unser System ist dabei so flexibel, dass wir nahezu alle vorstellbaren Berührungsszenarien simulieren können“, konstatiert Milad Geravand.

Gleichbleibende Testqualität

Für eine detailgetreue Programmierung des Robotersystems sind zahlreiche Parameter exakt zu bestimmen, um die Belastung der Mensch-Maschine-Schnittstelle bei der Benutzung zu bewerten. Hierzu zählen beispielsweise die Dauer und der Kraftaufwand, mit der die Probanden ihre Handlungen ausführen, denn die Wissenschaftler messen solche Belastungen immer in authentischen Situationen mit Testpersonen.

Bei den Versuchsreihen mit Touchscreens kommt es auch darauf an, wo der Kontakt mit der Oberfläche typischerweise stattfindet. Diese Daten nutzen die Wissenschaftler, um die Kräfte und die Bewegungen des Roboterarms entsprechend zu konfigurieren.
Und der Automat lernt seine Lektionen im Handumdrehen. Geravand schätzt die durchschnittliche Vorbereitungszeit für die einzelnen Lebensdauertests auf höchstens eine Woche. „Es hat uns auch überrascht, wie schnell und präzise wir die Alltagsszenarien tausendfach wiederholen können.“

Der Vorteil für die Gerätehersteller: Durch die immer gleichen Bedingungen und reproduzierbaren Ergebnisse erhalten sie wichtige Erkenntnisse, die bei der Herstellung der Produkte zu einer besseren Qualität führen können.

Dabei testen die Fraunhofer-Wissenschaftler nicht nur im eigenen Labor, sondern können ihr Robotersystem entweder vor Ort beim Hersteller einrichten oder bereits bestehende Robotersysteme für die Lebensdauertests anpassen.