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Pick-by-vision [Elektronische Ressource] : bringing HMD-based augmented reality into the warehouse / Björn Schwerdtfeger

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Institut fur Informatik der Technischen Universitat MunchenPick-by-Vision:Bringing HMD-based Augmented Realityinto the WarehouseBj orn SchwerdtfegerInstitut fur Informatik der Technischen Universitat MunchenPick-by-Vision:Bringing HMD-based Augmented Realityinto the WarehouseBj orn SchwerdtfegerVollstandiger Abdruck der von der Fakultat fur Informatik der TechnischenUniversitat Munchen zur Erlangung des akademischen Grades einesDoktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)genehmigten Dissertation.Vorsitzender: Univ.-Prof. M. Beetz. Ph.D.Prufer der Dissertation: 1. G.J. Klinker, Ph.D.2. Prof. B.H. Thomas, Ph.D.University of South AustraliaDie Dissertation wurde am 30. Dezember 2009 bei der Technischen UniversitatMunchen eingereicht und durch die Fakultat fur Informatik am 24. Juni 2010angenommen.To YouAbstractThe technology of Augmented Reality exists for several decades and it is attributedthe potential to provide an ideal, e cient and intuitive way of presenting information.However it is not yet widely used. This is because the realization of such AugmentedReality systems requires to solve many principal problems from various areas. Muchprogress has been made in solving problems of core technologies, which enables us nowto intensively explore the development of Augmented Reality applications.As an exemplary industrial use case for this exploration, I selected the order pickingprocess in logistics applications.

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Published 01 January 2010
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Language English
Document size 18 MB

Institut fur Informatik der Technischen Universitat Munchen
Pick-by-Vision:
Bringing HMD-based Augmented Reality
into the Warehouse
Bj orn SchwerdtfegerInstitut fur Informatik der Technischen Universitat Munchen
Pick-by-Vision:
Bringing HMD-based Augmented Reality
into the Warehouse
Bj orn Schwerdtfeger
Vollstandiger Abdruck der von der Fakultat fur Informatik der Technischen
Universitat Munchen zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.)
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. M. Beetz. Ph.D.
Prufer der Dissertation: 1. G.J. Klinker, Ph.D.
2. Prof. B.H. Thomas, Ph.D.
University of South Australia
Die Dissertation wurde am 30. Dezember 2009 bei der Technischen Universitat
Munchen eingereicht und durch die Fakultat fur Informatik am 24. Juni 2010
angenommen.To YouAbstract
The technology of Augmented Reality exists for several decades and it is attributed
the potential to provide an ideal, e cient and intuitive way of presenting information.
However it is not yet widely used. This is because the realization of such Augmented
Reality systems requires to solve many principal problems from various areas. Much
progress has been made in solving problems of core technologies, which enables us now
to intensively explore the development of Augmented Reality applications.
As an exemplary industrial use case for this exploration, I selected the order picking
process in logistics applications. This thesis reports on the development of an application
to support this task, by iteratively improving Augmented Reality-based metaphors. In
such order picking tasks, workers collect sets of items from assortments in warehouses
according to work orders. This order picking process has been subject to optimization
for a long time, as it occurs a million times a day in industrial life.
For this Augmented Reality application development, workers have been equipped
with mobile hardware, consisting of a wearable computer (in a back-pack) and tracked
head-mounted displays (HMDs). This thesis presents the iterative approach of exploring,
evaluating and re ning the Augmented Reality system, focusing on usability and utility.
It starts in a simple laboratory setup and goes up to a realistic industrial setup in a
factory hall. The Augmented Reality visualization shown in the HMD was the main
subject of optimization in this thesis. Overall, the task was challenging, as workers have
to be guided on di erent levels, from very coarse to very ne granularity and accuracy.
The resulting setup consists of a combined and adaptive visualization to precisely and
e ciently guide the user, even if the actual target of the augmentation is not always in
the eld of view of the HMD.
A side-e ect of this iterative evaluation and re nement of visualizations in an industrial
setup is the report on many lessons learned and an advice on the way Augmented Reality
user interfaces should be improved and re ned.Zusammenfassung
Obwohl die Technologie der Erweiterten Realitat (ER) seit mehreren Jahrzehnten exi-
stiert und ihr eine erhebliches Potential als ideale, e ziente und intuitive Methode zur
Informationsbereitstellung nachgesagt wird, ndet sie noch keine breite Anwendung im
industriellen Umfeld. Dieses ist primar darin begrundet, dass fur die Umsetzung eins ER-
Systems viele grundlegende Probleme aus diversen Disziplinen gelost werden mussen. Da
in letzter Zeit in den Kerntechnologien diverse Fortschritte erzielt wurden, ist es uns nun
moglich die Entwicklung von Anwendungen auf Basis dieser Technologie zu explorieren.
Als exemplarischer Anwendungsfall wurde der Kommissionierprozess gewahlt. In die-
ser Arbeit wird hierzu ub er den iterativen Prozess des Design und der Evaluation von Me-
thoden der Erweiterten Realitat zu Unterstutzung der Kommissionieraufgabe berichtet.
Unter der Kommissionieraufgabe wird das Zusammenstellen/-suchen von Teilmengen
auf Basis eines Auftrages aus einer Gesamtmenge verstanden. Die Kommissionieraufga-
be ist bereits Gegenstand vieler Optimierungen gewesen, da sie taglich millionenfach im
Industriealltag durchgefuhrt wird.
Fur die Entwicklung der ER-Kommissionieranwendungen wurden Arbeiter mit mobi-
ler Hardware ausgestattet. Diese besteht im Wesentlichen aus einem kleinen Tablet-PC,
der in einem kleinen Rucksack getragen wird und einer Datenbrille die mit einem Po-
sitionserfassunssystem gekoppelt wurde. Diese Arbeit prasentiert sodann den iterativen
Ansatz des Explorierens, Evaluierens und Prazisierens de ER-Systems mit dem Fokus auf
Benutzbarkeit aber auch auf Nutzlic hkeit. Die Entwicklungen und Evaluationen dieser
Arbeit wurden Anfangs in einem kleinen Laboraufbau gestartet und spater in einer Ver-
suchshalle unter realen Bedingungen fortgesetzt. Hauptsac hlicher Gegenstand der Opti-
mierungen waren die ER-Visualisierungen, die in der Datenbrille angezeigt werden. Die
Herausforderung der Aufgabe besteht darin dem Arbeiter eine Navigation auf verschie-
denen Stufen (von grob bis fein und genau) zur Verfugung zu stellen. Das resultierende
System besteht aus einer kombinierten und adaptiven Visualisierung die den Arbeiter
prazise und e zient f uhrt, auch wenn das eigentliche Ziel nicht so ort im Sichtfeld der
Datenbrille liegt.
Als Nebene ekt dieser iterativen Evaluationen in industriellen Umgebungen ist eine
Katalog mit Erfahrungsberichten und Anweisungen fur das e ziente Durchf uhren von
Benutzerstudien zur Verbesserung von ER-Benutzerschnittstellen entstanden.