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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: Jumar, Ulrich


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ISSN
2196-677X
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Volume 61, Issue 9

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Künstliches Feedback für Oberschenkelamputierte – Theoretische Analyse / Artificial Feedback for Transfemoral Amputees – Theoretical Analysis

Anna Pagel / Julian Oes / Serge Pfeifer / Robert Riener / Heike Vallery
Published Online: 2013-09-12 | DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2013.0055

Zusammenfassung

Dieser Beitrag untersucht auf Basis von Modellen der menschlichen Wahrnehmung den Einfluss künstlichen sensorischen Feedbacks auf posturale Kontrolle und Gangsymmetrie von Oberschenkelamputierten. In der Standphase wird ein vereinfachtes, statisches neuromechanisches Modell verwendet, in der Schwungphase ein Erweitertes Kalman- Filter, das dynamische Effekte berücksichtigt. Die Simulation lässt den Schluss zu, dass Rückmeldung des Fußdruckpunktes während der Standphase die Wahrnehmung verbessern könnte, künstliches Feedback während der Schwungphase jedoch nicht von Vorteil ist. Eine klinische Fallstudie wäre nötig, um die in der Simulation beobachteten Effekte sensorischen Feedbacks in der praktischen Anwendung mit Amputierten zu überprüfen.

Summary

Based on models of human perception, this paper investigates the influence of artificial sensory feedback on prosthetic gait. A simple static neuromechanic model of a transfemoral prosthesis and amputee perception reveals possible effects during stance phase. To analyze swing phase, an observer model of the prosthesis is implemented using an Extended Kalman Filter. While standing, feedback of the Center of Pressure may improve perception, whereas during gait amputees do probably not profit from additional information. A clinical case study would have to reveal whether the theoretical analysis correctly determines the effects of feedback on amputee locomotion.

Schlagwörter : Erweitertes Kalman-Filter; Beobachtermodell; sensorische Augmentation; posturale Kontrolle

Keywords : Extended Kalman filter; observer model; sensory augmentation; postural control

About the article

Anna Pagel

Dipl.-Ing. Anna Pagel ist Doktorandin am Labor für Sensomotorische Systeme an der ETH Zürich. Hauptarbeitsgebiete: Prothetik untere Extremitäten, Sensorische Augmentation und Substitution, Zweibeinige Lokomotion. Adresse: ETH Zürich, Institut für Robotik und Intelligente Systeme, Labor für Sensomotorische Systeme, Sonneggstr. 3,ML G55, CH-8092 Zürich

Julian Oes

BSc ETH Julian Oes hat am Labor für Sensomotorische Systeme seine Bachelor-Arbeit über die theoretische Analyse von künstlichem Feedback angefertigt. Hauptarbeitsgebiete: Robotik, Computer Vision

Serge Pfeifer

MSc ETH Serge Pfeifer ist Doktorand am Labor für Sensomotorische Systeme an der ETH Zürich. Hauptarbeitsgebiete: Prothetik untere Extremitäten, Biomechanik, Intentionsschätzung. Adresse: ETH Zürich, Institut für Robotik und Intelligente Systeme, Labor für Sensomotorische Systeme, Sonneggstr. 3, ML F 53.1, CH- 8092 Zürich

Robert Riener

Prof. Dr.-Ing. Robert Riener ist Inhaber einer Doppelprofessur für Sensomotorische Systeme an der ETH Zürich (Department Gesundheitswissenschaften und Technologie) und der Universität Zürich (Fakultät Medizin). Hauptarbeitsgebiete: Rehabilitationstechnik, Robotik, VR in der Medizin, Biomechanik. Adresse: ETH Zürich, Institut für Robotik und Intelligente Systeme, Labor für Sensomotorische Systeme, Tannenstr. 1, TAN E4, CH-8092 Zürich

Heike Vallery

Dr.-Ing. Heike Vallery ist Assistenzprofessorin an der TU Delft, NL. Sie ist zudem affiliiert mit der ETH Zürich, CH, und mit KUSTAR, Abu Dhabi, VAE. Hauptforschungsgebiete: Robotik, Zweibeinige Lokomotion, Rehabilitationstechnik. Adresse: Delft University of Technology, Department of BioMechanical Engineering, Mekelweg 2, E-1-240, NL-2628 CD Delft


Published Online: 2013-09-12

Published in Print: 2013-09-01


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 61, Issue 9, Pages 621–629, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1524/auto.2013.0055.

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[1]
Anna Pagel, Alejandro Hernandez Arieta, Robert Riener, and Heike Vallery
Medical & Biological Engineering & Computing, 2016, Volume 54, Number 10, Page 1579

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