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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Bretthauer, Georg

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Cooperative Control Design for Robot-Assisted Balance During Gait

Heike Vallery / Alexander Bögel
  • Convadis AG, Untersiggenthal,, Schweiz
/ Carolyn O´Brien
  • VirtaMed AB, Zürich, Schweiz
/ Robert Riener
  • ETH Zürich, Sensory-Motor Systems Lab, Zürich, Schweiz
Published Online: 2012-11-15 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2012.1041

Abstract

Avoiding falls is a challenge for many persons in aging societies, and balance dysfunction is a major risk factor. Robotic solutions to assist human gait, however, focus on average kinematics, and less on instantaneous balance reactions. We propose a controller that only intervenes when needed, and that avoids stability issues when interacting with humans: Assistance is triggered only when balance is lost, and this action is purely feed-forward. Experiments show that subjects who start falling during gait can be uprighted by such feed-forward assistive forces.

Zusammenfassung

Sturzvermeidung ist eine ständige Herausforderung für viele Menschen in alternden Gesellschaften, und Gleichgewichtsprobleme stellen ein bedeutendes Risiko für einen Sturz dar. Heutige robotische Lösungen zur Unterstützung des menschlichen Gangs sind allerdings hauptsächlich auf das gemittelte Gangbild ausgerichtet und weniger auf instantane Gleichgewichtsreaktionen. Wir schlagen hier einen Regler vor, der nur dann interveniert, wenn nötig, und der keine Stabilitätsprobleme verursacht, wenn er mit dem Menschen interagiert: Stellgrößen werden erst dann generiert, wenn der Mensch das Gleichgewicht verliert, und diese Unterstützung fungiert als reine Vorsteuerung. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass menschliche Probanden, die während des Gehens zu fallen beginnen, durch solche unterstützenden, vorgesteuerten Kräfte in eine aufrechte Haltung gebracht werden können.

Keywords: Gleichgewicht; Gangrehabilitation; Exoskelette

* Correspondence address: Delft University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Mekelweg 2, 2628 CD Delft, Niederlande,


Published Online: 2012-11-15

Published in Print: 2012-11-01


Citation Information: at - Automatisierungstechnik Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik. Volume 60, Issue 11, Pages 715–720, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2012.1041, November 2012

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