A Personalizable Controller for the Walking Assistive omNi-Directional Exo-Robot (WANDER)

要約

高齢者や慢性疾患のある成人の可動性を維持し、促進することは最も重要です。
しかし、既存の歩行補助具は、ユーザーの安定性を十分にサポートするには不十分であるか、病院環境の外で使用するには大きすぎて操作性が不十分です。
さらに、それらはすべて、個々の要件への適応性に欠けています。
これらの課題に対処するために、この文書では、新しい歩行支援全方向性エクソロボットである WANDER を紹介します。
全方向性プラットフォームとその上部に取り付けられた堅牢なアルミニウム構造で構成され、部分的な体重サポートを提供します。
力/トルクセンサーが埋​​め込まれた快適で制限が最小限のカップリングインターフェイスにより、ユーザーの意図を検出でき、可変アドミタンスコントローラーによってコマンド速度に変換されます。
ユーザーの好みに基づく最適化手法、つまり好みに基づく最適化 (PBO) は、アドミッタンス パラメータ (つまり、仮想質量と減衰) の選択をガイドし、被験者固有のニーズと特性によりよく適合します。
12 人の健康な被験者を対象とした実験では、PBO パラメーターを使用して WANDER を使用すると、エネルギー消費とジャークが大幅に減少し、ユーザーのパフォーマンスと快適性が向上したことがわかりました。
最適化されたパラメーターの個人間のばらつきが大きいことは、信頼性の高い身体サポートを確保しながらユーザーの快適性と可動性を向上させることを目的として、補助器具を使用して歩行する際の個人に合わせた制御設定の重要性を浮き彫りにしています。

要約(オリジナル)

Preserving and encouraging mobility in the elderly and adults with chronic conditions is of paramount importance. However, existing walking aids are either inadequate to provide sufficient support to users’ stability or too bulky and poorly maneuverable to be used outside hospital environments. In addition, they all lack adaptability to individual requirements. To address these challenges, this paper introduces WANDER, a novel Walking Assistive omNi-Directional Exo-Robot. It consists of an omnidirectional platform and a robust aluminum structure mounted on top of it, which provides partial body weight support. A comfortable and minimally restrictive coupling interface embedded with a force/torque sensor allows to detect users’ intentions, which are translated into command velocities by means of a variable admittance controller. An optimization technique based on users’ preferences, i.e., Preference-Based Optimization (PBO) guides the choice of the admittance parameters (i.e., virtual mass and damping) to better fit subject-specific needs and characteristics. Experiments with twelve healthy subjects exhibited a significant decrease in energy consumption and jerk when using WANDER with PBO parameters as well as improved user performance and comfort. The great interpersonal variability in the optimized parameters highlights the importance of personalized control settings when walking with an assistive device, aiming to enhance users’ comfort and mobility while ensuring reliable physical support.

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