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Toward Improving Task-Level Commanding in Space Robotics Teleoperation Through Shared Mental Models

Mayershofer, Luisa und Lay, Florian Samuel und Batti, Nesrine und Brinkman, Sant und Butterfass, Jörg und Ehlert, Tristan Hagen und den Exter, Emiel und Friedl, Werner und Gumpert, Thomas und Köpken, Anne und Luo, Xiaozhou und Manaparampil, Ajithkumar Narayanan und Raffin, Antonin und Schmidt, Annika und Schmidt, Florian und Schürmann, Lioba Elise und Seidel, Daniel und Luz, Rute und Bauer, Adrian Simon und Schmaus, Peter und Leidner, Daniel und Krüger, Thomas und Lii, Neal Yi-Sheng (2026) Toward Improving Task-Level Commanding in Space Robotics Teleoperation Through Shared Mental Models. In: 2026 IEEE Aerospace Conference, AERO 2026. IEEE. 2026 IEEE Aerospace Conference, 2026-03-07 - 2026-03-14, Big Sky, USA. doi: 10.1109/AERO66936.2026.11520083.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
14MB

Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11520083

Kurzfassung

Human involvement in space missions is inherently limited by safety concerns and extreme environmental conditions. Therefore, exploration and infrastructure maintenance in space require the teleoperation of robotic systems with various capabilities. To support the user in achieving teleoperation goals under challenging conditions, such as limited bandwidth and communication latency, a multimodal user interface (UI) and a scalable autonomy commanding concept are needed. This approach allows the operator to command the robot using different input modalities, including joystick and force-feedback devices for direct teleoperation, as well as a graphical user interface (GUI) for task-level commands. Complex robotic systems offer a wide variety of task-level commands, making it difficult for the user to select the optimal command to achieve a given task goal. Enabling the robot to build a Shared Mental Model (SMM) with the operator helps to overcome this challenge. An SMM refers to a shared and compatible mental representation that humans and robots hold as members of a team, encompassing information about the common task goal (task model) and the skills and intentions of team members (user model). SMMs are associated with improved task performance and reduced mental workload for the operator in human-robot teleoperation. Since the robot initially lacks knowledge about the task goal and cannot directly create an SMM, we design a framework that enables the robot to estimate the user's (sub-)task goal based on a priori knowledge of the user's task execution behavior. We integrate the a priori knowledge into a Bayesian estimation framework, combining it with information about user input and the robot's world state in the remote environment. Based on this, the robot estimates the user's subtask goal and determines the task-level command best suited to achieve it. This command is then recommended to the user. To evaluate the prediction accuracy of our framework, we use data from the International Space Station (ISS)-toground telerobotic experiments conducted in the Surface Avatar technology demonstration mission. We compare the task-level commands selected by the user with the predictions of our framework, as well as with a sequence of task-level commands for efficiently achieving the subtask goal that an expert user would choose. Furthermore, we analyze how such an SMM can support learning conduciveness and offer an outlook on how it may contribute to mutual learning in a fully sociotechnical system.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224945/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Toward Improving Task-Level Commanding in Space Robotics Teleoperation Through Shared Mental Models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mayershofer, Luisaluisa.mayershofer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-2587-6973217161279
Lay, Florian SamuelFlorian.Lay (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Batti, Nesrinenesrine.batti (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-2404-158X217161280
Brinkman, SantJankeSant.Brinkman (at) ext.esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butterfass, JörgJoerg.Butterfass (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ehlert, Tristan Hagentristan.ehlert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-3626-6364217161281
den Exter, EmielEmiel.den.Exter (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedl, WernerWerner.Friedl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3002-7274NICHT SPEZIFIZIERT
Gumpert, ThomasThomas.Gumpert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Köpken, Anneanne.koepken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-7136-7741217161282
Luo, XiaozhouXiaozhou.Luo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4315-366XNICHT SPEZIFIZIERT
Manaparampil, Ajithkumar Narayananajithkumar.manaparampil (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-1475-8184217161284
Raffin, AntoninAntonin.Raffin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6036-6950NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, Annikaannika.schmidt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4718-4201217161286
Schmidt, FlorianFlorian.Schmidt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schürmann, Lioba Eliselioba.schuermann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seidel, DanielDaniel.Seidel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2240-3850217161288
Luz, RuteRute.Luz (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Adrian SimonAdrian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1171-4709217161289
Schmaus, PeterPeter.Schmaus (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leidner, DanielDaniel.Leidner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5091-7122NICHT SPEZIFIZIERT
Krüger, Thomasthomas.krueger (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lii, Neal Yi-ShengNeal.Lii (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 Mai 2026
Erschienen in:2026 IEEE Aerospace Conference, AERO 2026
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/AERO66936.2026.11520083
Verlag:IEEE
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Human-Robot Interaction, Telerobotics, User Interface, Shared Mental Models
Veranstaltungstitel:2026 IEEE Aerospace Conference
Veranstaltungsort:Big Sky, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:7 März 2026
Veranstaltungsende:14 März 2026
Veranstalter :IEEE
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Intuitive Mensch-Roboter Schnittstelle [RO], R - Telerobotik
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Hinterlegt von: Mayershofer, Luisa
Hinterlegt am:09 Jun 2026 11:52
Letzte Änderung:09 Jun 2026 11:52

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