ProACT: An Augmented Reality Testbed for Intelligent Prosthetic Arms

要約

上肢切断者は、器用に義手を操作することが非常に困難である。これまでの研究で、義手、手首、肘の制御は、動作ベースまたは視線ベースの意図推定と低レベルのロボット自律性を組み合わせることにより、「インテリジェント」制御によって改善できることが示されている。しかし、腕全体の制御については、そのようなソリューションは存在しません。さらに、高度な義手制御のためのハードウェアプラットフォームは高価であり、既存のシミュレーションプラットフォームはロボット工学ソフトウェアフレームワークと統合するためにうまく設計されていません。我々は、没入型（拡張現実）シミュレーション環境において義手のインテリジェント制御手法を評価するためのプラットフォームであるProsthetic Arm Control Testbed（ProACT）を紹介する。ProACTを使用した予備的な研究では、非麻痺者の参加者が、意図推定の有無にかかわらず、適応されたBox-and-Blocksタスクを実行することを実証した。さらに、我々の観察結果が、義足の制御方法の設計や、このプラットフォームを使用した将来の研究の設計にどのように役立つかを議論する。我々の知る限り、これは複雑な全腕義手の半自律制御に関する最初の研究であり、装着型義手の文脈における逐次タスクモデリングを含む最初の研究であり、この種の最初のテストベッドである。インテリジェントな義肢装具の将来の研究をサポートするという目標に向けて、このシステムは既存のロボット工学のオープンソースフレームワークをベースに構築されており、https://arm.stanford.edu/proact。

要約(オリジナル)

Upper-limb amputees face tremendous difficulty in operating dexterous powered prostheses. Previous work has shown that aspects of prosthetic hand, wrist, or elbow control can be improved through ‘intelligent’ control, by combining movement-based or gaze-based intent estimation with low-level robotic autonomy. However, no such solutions exist for whole-arm control. Moreover, hardware platforms for advanced prosthetic control are expensive, and existing simulation platforms are not well-designed for integration with robotics software frameworks. We present the Prosthetic Arm Control Testbed (ProACT), a platform for evaluating intelligent control methods for prosthetic arms in an immersive (Augmented Reality) simulation setting. We demonstrate the use of ProACT through preliminary studies, with non-amputee participants performing an adapted Box-and-Blocks task with and without intent estimation. We further discuss how our observations may inform the design of prosthesis control methods, as well as the design of future studies using the platform. To the best of our knowledge, this constitutes the first study of semi-autonomous control for complex whole-arm prostheses, the first study including sequential task modeling in the context of wearable prosthetic arms, and the first testbed of its kind. Towards the goal of supporting future research in intelligent prosthetics, the system is built upon on existing open-source frameworks for robotics, and is available at https://arm.stanford.edu/proact.

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