1. KUKA Roboter GmbH Das MPI CyberMotion Simulator besteht aus einem Sechs-Joint serielle Roboter in einer 3-2-1 Konfiguration (Abbildung 1). Es basiert auf dem kommerziellen KUKA Robocoaster (ein modifiziertes KR-500 Industrieroboter mit einer 500 kg Nutzlast) basiert. Die physikalischen Veränderungen und die Software-Steuerung Struktur benötigt wird, um eine flexible und sichere Versuchsaufbau haben, wurden bisher beschrieben, einschließlich der Bewegungssimulator die Geschwindigkeit und Beschleunigung Einschränkungen, und die Verzögerungen und Übertragungsfunktion des Systems 9. Änderungen von dieser vorherigen Setup sind nachstehend definiert. Abbildung 1. Grafische Darstellung der aktuellen MPI CyberMotion Simulator Arbeitsbereich. Komplexe Bewegungsprofile, die seitlichen Bewegungen verbinden sich mit Drehungen sind möglich mit dem MPI CyberMotion Simulator. Achsen 1, 4 und 6 ca. n kontinuierlich zu drehen. 4 Paar Hardware Endanschläge Grenze Axis 2, 3 und 5 in beiden Richtungen. Die maximale Reichweite von linearen Bewegungen ist stark abhängig von der Position, aus der die Bewegung beginnt. Die aktuelle Hardware Endanschläge des MPI CyberMotion Simulator sind in Tabelle 1 dargestellt. Achse Messbereich [deg] Max. Geschwindigkeit [° / s] Achse 1 Kontinuierlich 69 Schwerpunkt 2 -128 Bis -48 57 Schwerpunkt 3 -45 Bis 92 69 Axis 4 Kontinuierlich 76 Achse 5 -58 Bis +58 76 Achse 6 Kontinuierlich 120 nt "> Tabelle 1. Aktuelle technische Spezifikationen des MPI CyberMotion Simulator. Vor jedem Experiment am MPI CyberMotion Simulator durchgeführt wird, wird jede experimentelle Bewegungsbahn eine Testphase auf einer Simulation KUKA PC (Office-PC). Das "Office PC" ist ein spezielles Produkt von KUKA, die den realen Roboterarm simuliert und beinhaltet die gleiche Betriebssystem und die Kontrolle Bildschirm-Layout wie die reale Roboter verkauft. Ein schematischer Überblick über die Steuerung des MPI CyberMotion Simulator für Open-Loop-Konfiguration ist in 2 gezeigt. Abbildung 2. Schematischer Überblick über die Open-Loop-Steuerung des MPI CyberMotion Simulator. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung . Die Details der Steuerung struktur finden Sie hier 9 gefunden werden. In Kürze, eine Open-Loop-Konfiguration wie die in der aktuellen Experiment verwendet werden, sind Trajektorien vorprogrammierten durch Umsetzen von Eingangsdaten Trajektorien in kartesischen Koordinaten in Gelenkraum Winkel durch inverse Kinematik (2). Die MPI-Steuerung liest in diesen gewünschten Gelenkwinkel Schritten und sendet diese an der KUKA Steuerung zu Achsbewegungen über Motorströme durchzuführen. Gemeinsame Resolver-Werte werden in der KUKA Steuerung, die die aktuellen Gelenkwinkel Positionen bestimmt, an einem internen Zinsfuß von 12 ms, was wiederum lösen die nächsten gemeinsamen Zuwachs an von Datei, die vom MPI-Steuerung gelesen werden gesendet als auch schreiben, die aktuelle gemeinsame Winkelpositionen auf die Festplatte. Die Kommunikation zwischen dem MPI und KUKA Steuerung ist durch eine Ethernet-Verbindung mit dem KUKA-RSI-Protokoll. Ein Rennwagen Sitz (RECARO Pole Position) mit einem 5-Punkt-Sicherheitsgurt-System (Schroth) ausgestattet ist, an einem Chassis befestigt which eine Fußstütze. Das Chassis ist mit dem Flansch des Roboterarms (3a) angebracht ist. Experimente sind auch von Sitzplätzen Teilnehmer innerhalb einer geschlossenen Kabine (Abbildung 3b) möglich. Abbildung 3. MPI CyberMotion Simulator-Setup. a) Konfiguration für aktuelle Experiment mit LCD-Display. b) Konfiguration für Experimente erfordern eine geschlossene Kabine mit Front-Projektion Stereo-Anzeige. c) Aufprojektion Mono-Display. d) Head-Mounted-Display. Da das Experiment in der Dunkelheit durchgeführt wird, erlauben Infrarot-Kameras Video-Überwachung der von der Leitwarte aus. 2. Visualisierung Mehrere Visualisierung Konfigurationen sind möglich mit dem MPI CyberMotion Simulator wie LCD, Stereo oder Mono Frontprojektion und Head Mounted Displays (Abbildung 3). Für das laufendeExperiment visuelle Hinweise zur Selbst-Bewegung werden von einem LCD-Display (Abbildung 3a) platziert 50 cm vor der Beobachter, die sonst in der Dunkelheit getestet wurden zur Verfügung gestellt. Die visuelle Darstellung wurde unter Verwendung Virtools 4.1-Software und bestand aus einer zufälligen, begrenzte Lebensdauer Punkt-Feld. Quaderförmiger sich acht virtuelle Einheiten nach vorne, rechts, links, oben und unten aus der Sicht des Teilnehmers (dh 16 x 16 x 8 Einheiten) wurde mit 200.000 gleich Teilchen, bestehend aus weißen Kreisen 0,02 Einheiten gefüllt im Durchmesser vor einem schwarzen Hintergrund. Die Punkte wurden nach dem Zufallsprinzip durch den Raum (homogene Wahrscheinlichkeitsverteilung innerhalb des Raumes) verteilt. Die Bewegung in virtuellen Einheiten skaliert wurde zu 1 zu 1 entsprechen mit körperlicher Bewegung (1 virtuelle Einheit = 1 physikalische Meter). Jedes Teilchen wurde für zwei Sekunden vor dem Verschwinden gezeigt und sofort zeigt sich wieder an einem beliebigen Ort innerhalb des Raumes. So die Hälfte der Punkte verändert ihrePosition innerhalb einer Sekunde. Punkte zwischen einem Abstand von 0,085 und 4 Einheiten wurden den Teilnehmern (: 13 ° und 0,3 ° entsprechenden Blickwinkel) angezeigt. Bewegung innerhalb der dot-Feld wurde mit körperlicher Bewegung durch den Empfang Bewegungsprofile von der MPI-Kontrolle durch Computer eine Ethernet-Verbindung über das UDP-Protokoll übertragen synchronisiert. Wenn sich durch den Punkt-Feld die durchschnittliche Anzahl der Punkte waren für alle Bewegungen konstant. Diese Anzeige sofern keine absolute Größe Maßstab, aber optischen Fluss und Bewegung Parallaxe als Punkte waren Sphären mit einer festen Größe; suchen kleineren nach ihrem Abstand relativ zum Beobachter. 3. Experimentelles Design 16 Teilnehmer, die naiv zu dem Experiment mit der Ausnahme von einem Autor (MB-C) waren, trug Noise-Cancelling-Kopfhörer mit einem Mikrofon, um Zwei-Wege-Kommunikation mit dem Experimentator erlauben. Zusätzliche akustische Rauschen wurde kontinuierlich durch den Kopfhörern gespielt nes weiteren Maske Lärm durch den Roboter produziert. Die Teilnehmer verwendet einen speziell angefertigten Joystick mit Tasten Antwort mit Daten über ein Ethernet-Verbindung über das UDP-Protokoll übertragen ausgestattet. Der Winkel der beiden Segmente Bewegung war entweder 45 ° oder 90 °. Bewegungen in horizontaler, Sagittal-und Frontalebene bestand aus: die Zukunft nach rechts (FR) oder rechts-vorwärts (RF), nach unten-vorne (DF) oder vorwärts-abwärts (FD), und nach unten-rechts (DR) oder rechts- nach unten (RD) Bewegungen (Abbildung 4a). Abbildung 4. Geschäftsordnung. a) Schematische Darstellung der Bahnen in dem Experiment verwendet. b) sensorische Informationen für jede Flugbahn typgeprüft zur Verfügung gestellt. c) Zeigen Aufgabe verwendet werden, um die Herkunft von denen die Teilnehmer dachten, sie hätten aus bewegt zeigen.rge.jpg "target =" _blank "> Klicken Sie hier für eine größere Abbildung. Sensorische Informationen wurden durch die Bereitstellung manipuliert visuellen (optischen Flusses, begrenzte Lebensdauer Sterne-Bereich), vestibulär-kinästhetischen (passive Bewegung selbst mit geschlossenen Augen) oder visuelle und vestibulär-kinästhetischen Bewegungsreize (Abb. 4b). Bewegungstrajektorien bestand aus zwei Segmentlängen (1.: 0,4 m, 2.: 1 m; ± 0,24 m / s 2 Spitzenbeschleunigung; Abbildung 4b). Trajectories bestand aus nur Übersetzung. Keine Drehungen der Teilnehmer vor. Um mögliche Störungen durch Bewegung vor jedem Versuch zu reduzieren und sicherzustellen, dass das vestibuläre System getestet wurde, ausgehend von einem stabilen Zustand, ging eine 15 s Pause jede Flugbahn. Beobachter wiesen zu ihrem Ursprung zurück, indem Sie einen Pfeil, der auf einen Avatar auf dem Bildschirm (Abbildung 4c) präsentiert überlagert wurde. Die Bewegung des Pfeils wurde, um die Flugbahn der Ebene eingeschränkt und kontrolliert von ter Joystick. Der Avatar wurde von Frontal-, Sagittal und horizontale Blickwinkel präsentiert. Beobachter durften einzelne oder alle Standpunkte zu verwenden, um zu antworten. Das Ausgangsmaterial Orientierung des Pfeils wurde randomisiert in den Studien. Wie das Aufzeigen Aufgabe erforderte die Teilnehmer geistig verwandeln ihre Perspektive zeigt aus einer egozentrischen zu einem exozentrisch Darstellung wurden die Teilnehmer Anleitungen zum Punkt zurück zu ihrem Ursprung mit Verweis auf den Avatar vor der Praxis und experimentelle Studien gegeben. Die Teilnehmer erfuhren, dass zeigen werden sollten, als ob der Avatar waren ihren eigenen Körper werden. Die Teilnehmer wurden dann angewiesen, um physische Ziele in Bezug auf das Selbst mit dem exozentrisch Messverfahren hinweisen. Zum Beispiel wurden die Teilnehmer instruiert, auf dem Joystick ruhen sich auf ihren Schoß auf halbem Weg zwischen sich und der Bildschirm, die Teilnehmer auf den Pfeil nach vorne und unten relativ zu den avatar gewünschten Punkt. Alle Teilnehmer waren in der Lage, diese auszuführenAufgaben ohne Ausdruck Verwirrung. Jede Versuchsbedingung wurde 3-mal wiederholt und in zufälliger Reihenfolge präsentiert. Unterschrieben Fehler und Reaktionszeit wurden als abhängige Variablen in zwei getrennten 3 (Flugzeug) * 2 (Winkel) * 3 (Modalität) ANOVA mit wiederholten Messungen analysiert. Reaktionszeiten von einem Extrem Ausreißer Teilnehmer wurden von der Analyse entfernt. 4. Repräsentative Ergebnisse Unterschrieben Fehler Ergebnisse werden über die Modalitäten und Winkel zusammengebrochen, da keine signifikanten Haupteffekte für diesen Faktoren gefunden wurden. 5a zeigt die signifikanten Haupteffekt der Bewegungsebene (F (2,30) = 7.0, p = 0,003), wo Beobachtern unterschätzt Winkel Größe ( Durchschnittswerte weniger als 0 °) für eine Bewegung in der horizontalen Ebene (-8,9 °, sich 1.8). In der Frontalebene Beobachter waren eher durchschnittlich, um Winkel Größe (5,3 °, SE 2,6) zu überschätzen, während es keine solche Voreingenommenheit in der Sagittalebene (-0,7 °, SE 3,7). While Haupteffekte des Winkels und der Modalität waren nicht signifikant, wurde Winkel signifikant mit dem Flugzeug zu interagieren (F (2,30) = 11,1, p <0,001), so daß Überschätzung in der Frontalebene größer waren für Bewegungen um 45 ° (7,9 ° , SE 2.6) als um 90 ° (2,8 °, sich 2.7), während eine solche Diskrepanz abwesend den anderen Ebenen ist. Darüber hinaus wurde Modalität signifikant mit Winkel zu interagieren (F (2,30) = 4,7, p = 0,017), so daß Unterschätzung von vestibulären Information allein für Bewegungen um 90 ° deutlich größer waren (-4,3 °, SE 2.1) gegenüber die visuelle (-2,0 °, SE 2,4) und vestibuläre und visuelle Informationen kombiniert (2,3 °, SE 2.2) Bedingungen, während die solche Abweichungen fehlten für Bewegungen bis 45 °. Kein signifikanter Effekt war zwischen den Fächern für signierte Fehler (F (1,15) = 0,7, p = 0,432). 5b zeigt die Reaktionszeit Ergebnisse. Es gab einen signifikanten Haupteffekt derModalität (F (2,28) = 22,6, p <0,001), wo Beobachter reagierten langsamsten bei der Beantwortung basierend auf vestibulär-kinästhetischen Informationen allein (11,0 S, Se 1,0) im Vergleich zur visuellen (9,3 S, Se 0,8) und kombinierte (9,0 S, Se 0,8) Bedingungen. Es wurde auch eine signifikante Haupteffekt der Ebene (F (2,28) = 7,5, p = 0,002), wo Beobachter reagiert am langsamsten, wenn in der horizontalen Ebene (10,4 S, Se 1.0) bewegt im Vergleich zu der Sagittalebene (9,4 s, SE 0.8 ) und den frontalen (9,4 S, Se 0,9) Ebenen. Es gab keinen signifikanten Haupteffekt der Segment Winkel oder es Wechselwirkungen. Ein signifikanter Effekt wurde zwischen Subjekten bezüglich der Reaktionszeiten (F (1,14) = 129,1, p <0,001) gefunden. Abbildung 5. Ergebnisse. a) Signed Fehler zusammengebrochen über Modalität für die Flugzeuge getestet. b) Ansprechzeit zusammengebrochen über Bewegungsebenen für die Modalitätengetestet. Fehlerbalken sind + / – 1 SEM