Συνεργασία Ανθρώπου-Ρομπότ: Ενίσχυση της προβλεπτικής
συμπεριφοράς του ανθρώπου

Ψαράκης, Λοΐζος Π.; Psarakis, Loizos P.

dc.contributor.author	Ψαράκης, Λοΐζος Π.	el
dc.contributor.author	Psarakis, Loizos P.	en
dc.date.accessioned	2026-07-17T10:15:31Z
dc.date.available	2026-07-17T10:15:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/65539
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.33233
dc.rights	Default License
dc.subject	Συνεργασία Ανθρώπου-Ρομπότ	el
dc.subject	Προσαρμοστική Συμπεριφορά	el
dc.subject	Οπτικά σήματα	el
dc.subject	Πρόθεση Ρομπότ	el
dc.subject	Προβλεπτική Συμπεριφορά	el
dc.subject	Human-robot collaboration	en
dc.subject	Anticipatory behavior	en
dc.subject	Adaptive behavior	en
dc.subject	Visual cues	en
dc.subject	Robot’s Intent	en
dc.title	Συνεργασία Ανθρώπου-Ρομπότ: Ενίσχυση της προβλεπτικής συμπεριφοράς του ανθρώπου	el
dc.title	Human-Robot Collaboration: Enhancing human anticipatory behavior	en
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Εργονομία	el
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2026-06-09
heal.abstract	Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει συστηματικά τη Συνεργασία Ανθρώπου–Ρομπότ (ΣΑΡ), εστιάζοντας σε μία από τις θεμελιώδεις αλλά ελάχιστα διερευνημένες πτυχές της, αυτή της ενίσχυσης της ανθρώπινης προβλεπτικής ικανότητας. Στη σημερινή εποχή, η αλληλεπίδραση ανθρώπου–μηχανής μετασχηματίζεται από σχέσεις εποπτείας σε πραγματικές μορφές συνεπιτέλεσης εργασίας. Όλο και περισσότερα συνεργατικά ρομπότ εγκαθίστανται στη βιομηχανία και δουλεύουν μαζί με τον άνθρωπο για την ολοκλήρωση κοινών καθηκόντων. Η διατριβή αναπτύσσει ένα ολοκληρωμένο θεωρητικό πλαίσιο, στο οποίο η συνεργασία ανθρώπου–ρομπότ προσεγγίζεται ως μια μορφή κοινής δράσης, ανάλογη με τη συνεργασία ανθρώπου–ανθρώπου. Σε αυτό το πλαίσιο, η ικανότητα του ανθρώπου να προβλέπει τις κινήσεις και τις προθέσεις του συνεργάτη του αποτελεί κρίσιμη προϋπόθεση για την ασφαλή και αρμονικά συντονισμένη συνεργασία. Αντίστοιχα, η ικανότητα του ρομπότ να καθιστά την επικείμενη ενέργειά του ευανάγνωστη και αντιληπτή συνιστά βασικό στοιχείο για την οικοδόμηση εμπιστοσύνης, την αποφυγή συγκρούσεων και την ανάπτυξη ενός συμβατού νοητικού μοντέλου δράσης. Για την εμπειρική διερεύνηση των παραπάνω θεωρητικών παραδοχών, αναπτύχθηκαν δύο υψηλής πιστότητας πειραματικά περιβάλλοντα Εικονικής Πραγματικότητας (ΕΠ), τα οποία επέτρεψαν τον ακριβή έλεγχο των παραμέτρων συνεργασίας και την ασφαλή προσομοίωση σύνθετων βιομηχανικών καθηκόντων. Αξιολογήθηκε η επίδραση προβλεπτικών οπτικών σημάτων—χρωματικών ενδείξεων που αποκαλύπτουν την επικείμενη ενέργεια του ρομπότ— σε μια σειρά από επιχειρησιακές και γνωστικές μετρικές, όπως ο λειτουργικός χρόνος εκτέλεσης, ο αριθμός συγκρούσεων, η ικανότητα συγχρονισμού, η αντιλαμβανόμενη ασφάλεια και η γνωστική στρατηγική των συμμετεχόντων. Το πρώτο κεφάλαιο ξεκινάει με τον ορισμό του ρομπότ και την ιστορική εξέλιξη της Ρομποτικής από τα αρχαία αυτόματα έως τα σύγχρονα ευφυή και συνεργατικά ρομπότ. Παρουσιάζονται οι θεωρητικές συνιστώσες της Αλληλεπίδρασης Ανθρώπου–Μηχανής (ΑΑΜ), όπως τα γνωστικά μοντέλα, η ευχρηστία και η κατανομή των λειτουργιών, που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο οι χρήστες αλληλεπιδρούν με τεχνολογικά συστήματα. Παράλληλα, εξετάζονται οι σύγχρονες τεχνολογικές εξελίξεις (αισθητήρες, τεχνητή νοημοσύνη, διασυνδεσιμότητα, προηγμένα υλικά, ενδυόμενες συσκευές) και το πλαίσιο προτύπων ασφαλείας, υπογραμμίζοντας ότι η αποτελεσματική και ασφαλής συνεργασία δεν εξαρτάται μόνο από την τεχνική απόδοση, αλλά κυρίως από τον βαθμό γνωστικής σύζευξης, διαφάνειας και προβλεψιμότητας που επιτυγχάνεται σε δυναμικά περιβάλλοντα. Το δεύτερο κεφάλαιο εξετάζει τη μετάβαση από την κλασική Αλληλεπίδραση Ανθρώπου–Ρομπότ (ΑΑΡ) στη σύγχρονη Συνεργασία Ανθρώπου–Ρομπότ (ΣΑΡ). Αρχικά αναλύεται η Αλληλεπίδραση Ανθρώπου–Ρομπότ και οι ιδιαιτερότητές της, σε σχέση με την αυτονομία, την αντίληψη και την προσαρμοστικότητα των ρομπότ. Παρουσιάζονται οι βασικοί τρόποι ταξινόμησης της αλληλεπίδρασης και οι ρόλοι που μπορεί να αναλάβει ο άνθρωπος, καθώς και τα μέσα επικοινωνίας μεταξύ των δύο συνεργατών. Το κεφάλαιο καταλήγει στην έννοια της Συνεργασίας Ανθρώπου–Ρομπότ, αναδεικνύοντας τα οφέλη της σε όρους παραγωγικότητας, ασφάλειας και ροής εργασίας. Επιπλέον, παρουσιάζονται οι κατηγορίες και οι μετρικές αξιολόγησης που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της ποιότητας της συνεργασίας, συμβάλλοντας στη σχεδίαση πιο αποτελεσματικών και ανθρωποκεντρικών συνεργατικών συστημάτων. Το τρίτο κεφάλαιο εξετάζει τον ρόλο της προνοητικής και προσαρμοστικής συμπεριφοράς στη Συνεργασία Ανθρώπου–Ρομπότ, αναδεικνύοντας πώς οι δύο αυτοί μηχανισμοί βελτιώνουν τον συντονισμό, την ασφάλεια και τη φυσικότητα της αλληλεπίδρασης. Η προνοητικότητα επιτρέπει την πρόβλεψη των επερχόμενων ενεργειών, ενώ η προσαρμοστικότητα υποστηρίζει ευέλικτες αντιδράσεις σε μεταβαλλόμενες συνθήκες. Παρουσιάζονται τα οφέλη αυτών των μηχανισμών, καθώς και τα σήματα που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη προθέσεων. Η θεωρία των Λεκτικών Πράξεων προσφέρει ένα ενιαίο πλαίσιο για την ερμηνεία της επικοινωνίας ανθρώπου–ρομπότ, ενώ η ανάλυση επεκτείνεται και σε αυτόνομα οχήματα, όπου η πρόβλεψη και η διαφάνεια συμπεριφοράς είναι κρίσιμες. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με βιβλιογραφική ανασκόπηση τόσο των προσεγγίσεων που χρησιμοποιούν τα ρομπότ για να προβλέψουν ανθρώπινες προθέσεις όσο και των τρόπων με τους οποίους οι άνθρωποι κατανοούν τη συμπεριφορά των ρομπότ, τονίζοντας τη σημασία της προβλεψιμότητας και της διαφάνειας για αποτελεσματική συνεργασία. Το τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζει τα ερευνητικά ερωτήματα της διατριβής και τις δύο πειραματικές μελέτες που έλαβαν χώρα για την αξιολόγηση της επίδρασης των προνοητικών και προσαρμοστικών μηχανισμών στη συνεργασία ανθρώπου–ρομπότ. Οι μελέτες υλοποιήθηκαν σε περιβάλλοντα Εικονικής Πραγματικότητας, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο του συνεργατικού περιβάλλοντος και ασφαλή διερεύνηση της ανθρώπινης συμπεριφοράς. Τα πειραματικά αποτελέσματα ανέδειξαν ότι τα προβλεπτικά σήματα έχουν ισχυρή και άμεσα ωφέλιμη επίδραση στη συνεργασία. Η παρουσία τους οδήγησε σε ταχύτερη ολοκλήρωση των καθηκόντων, σημαντική μείωση συγκρούσεων, βελτιωμένο συγχρονισμό και ομαλότερη αλληλεπίδραση, καθώς και χαμηλότερα επίπεδα αδράνειας και αβεβαιότητας. Οι υποκειμενικές αξιολογήσεις των συμμετεχόντων υποστήριξαν περαιτέρω τα ευρήματα, υποδεικνύοντας ότι τα προβλεπτικά οπτικά σήματα ενισχύουν τη διαφάνεια της ρομποτικής συμπεριφοράς, αυξάνουν την προβλεψιμότητα του περιβάλλοντος και ενδυναμώνουν την εμπιστοσύνη των συμμετεχόντων, αποδεικνύοντας ότι η βελτίωση δεν αφορά μόνο το λειτουργικό κομμάτι αλλά και την αποδοχή των ρομπότ και τη βούληση συνεργασίας με αυτά. Παράλληλα, η προσαρμοστική επιβράδυνση του ρομπότ βελτίωσε σαφώς την ασφάλεια μειώνοντας τις πιθανότητες σύγκρουσης. Ωστόσο, η στρατηγική αυτή δεν συνοδεύτηκε από αντίστοιχη αύξηση της αποδοτικότητας ή της ευχέρειας συνεργασίας, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι παθητικοί μηχανισμοί προσαρμογής, αν και κρίσιμοι για την προστασία του χρήστη, δεν επαρκούν από μόνοι τους για την επίτευξη υψηλής ποιότητας συνεργατικών συμπεριφορών. Τα ευρήματα κατέδειξαν επίσης ότι τα προβλεπτικά σήματα αποκτούν ακόμη μεγαλύτερη σημασία σε συνθήκες υψηλής ταχύτητας, όπου οι απαιτήσεις συγχρονισμού αυξάνονται και οι πράκτορες χρειάζονται γρηγορότερη και ακριβέστερη κατανόηση των προθέσεων των συνεργατών τους. Επιπλέον, η προηγούμενη έκθεση σε προβλεπτικά σήματα οδήγησε σε διατήρηση της απόδοσης ακόμη και μετά την αφαίρεσή τους, υποδηλώνοντας λειτουργία μάθησης πιθανά λόγω της σταδιακής διαμόρφωσης νοητικών μοντέλων των ρομποτικών κινήσεων. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις παρατηρήθηκε υπερβολική αυτοπεποίθηση, η οποία αύξησε τις συγκρούσεις όταν τα σήματα δεν ήταν πλέον διαθέσιμα, επισημαίνοντας την ανάγκη προσεκτικού σχεδιασμού τους. Τέλος, η σύγκριση εικονικών και πραγματικών συνθηκών έδειξε ότι βασικά μοτίβα ανθρώπινης συμπεριφοράς—όπως η εκτίμηση κινδύνου, ο συγχρονισμός και η αποφυγή συγκρούσεων— παρουσιάζουν αξιοσημείωτη συνέπεια, ενισχύοντας την εξωτερική εγκυρότητα της μεθοδολογίας και επιβεβαιώνοντας τη χρησιμότητα των εικονικών περιβαλλόντων για τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση συνεργατικών συστημάτων. Πέρα από τα εμπειρικά συμπεράσματα, η διατριβή παρέχει σημαντική μεθοδολογική και πρακτική συμβολή. Η πειραματική πλατφόρμα που αναπτύχθηκε μπορεί να αξιοποιηθεί για τη συστηματική μελέτη συνεργατικών καθηκόντων, μέσω της αξιολόγησης διαφορετικών σχημάτων συνεργασίας, τη διαμόρφωση οδηγιών σχεδιασμού και την εξαγωγή κανόνων βελτιστοποίησης που ισορροπούν μεταξύ αποδοτικότητας και ασφάλειας. Αναδεικνύονται επίσης νέοι τρόποι αξιολόγησης της συνεργασίας, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για τη σύγκριση διαφορετικών διεπαφών και ρομποτικών συμπεριφορών όσο και για την ανάπτυξη βιομηχανικών προδιαγραφών. Συνολικά, η διατριβή καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η σκόπιμη επικοινωνία «προθέσεων» από τα ρομπότ αποτελεί καταλύτη για μια νέα εποχή συνεργασίας ανθρώπου–μηχανής. Η συνεργασία αυτή δεν βασίζεται μόνο στην τεχνική αρτιότητα των ρομποτικών συστημάτων, αλλά στη γνωστική, ψυχολογική και λειτουργική συνέργεια που αναπτύσσεται όταν οι δράσεις του ρομπότ γίνονται ευανάγνωστες και προβλέψιμες. Σε ένα μεταβαλλόμενο βιομηχανικό τοπίο, όπου άνθρωποι και ρομπότ καλούνται να συνυπάρξουν, η παρούσα διατριβή προσεγγίζει συστηματικά τον σχεδιασμό ανθρωποκεντρικών συνεργατικών συστημάτων.	el
heal.advisorName	Marmaras, Nicolas	en
heal.committeeMemberName	Nathanael, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Vosniakos, George-Christopher	en
heal.committeeMemberName	Kontogiannis, Tom	en
heal.committeeMemberName	Papakostopoulos, Vassilis	en
heal.committeeMemberName	Ponis, Stavros	en
heal.committeeMemberName	Poulakakis, Ioannis	en
heal.committeeMemberName	Nathanael, Dimitr	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Βιομηχανικής Διοίκησης και Επιχειρησιακής Έρευνας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false