Context-Aware Shared Control of a Robot Mobility Aid for the Elderly Blind

This paper describes the use of a Bayesian network to provide context-aware shared control of a robot mobility aid for the frail blind. The robot mobility aid, PAM-AID, is a “smart walker” that aims to assist the frail and elderly blind to walk safely indoors. The Bayesian network combines user input with high-level information derived from the sensors to provide a context-aware estimate of the user’s current navigation goals. This context-aware action selection mechanism facilitates the use of a very simple, low bandwidth user interface, which is critical for the elderly user group. The PAM-AID systems have been evaluated through a series of field trails involving over 30 potential users

Overcoming barriers and increasing independence: service robots for elderly and disabled people

This paper discusses the potential for service robots to overcome barriers and increase independence of elderly and disabled people. It includes a brief overview of the existing uses of service robots by disabled and elderly people and advances in technology which will make new uses possible and provides suggestions for some of these new applications. The paper also considers the design and other conditions to be met for user acceptance. It also discusses the complementarity of assistive service robots and personal assistance and considers the types of applications and users for which service robots are and are not suitable

Evaluation studies of robotic rollators by the user perspective: A systematic review

Background: Robotic rollators enhance the basic functions of established devices by technically advanced physical, cognitive, or sensory support to increase autonomy in persons with severe impairment. In the evaluation of such Ambient Assisted Living solutions, both the technical and user perspectives are important to prove usability, effectiveness, and safety, and to ensure adequate device application.Objective: The aim of this systematic review is to summarize the methodology of studies evaluating robotic rollators with focus on the user perspective and to give recommendations for future evaluation studies.Methods: A systematic literature search up to December 31, 2014 was conducted based on the Cochrane Review methodology using the electronic databases PubMed and IEEE Xplore. Articles were selected according to the following inclusion criteria: Evaluation studies of robotic rollators documenting human-robot interaction, no case reports, published in English language.Results: Twenty-eight studies were identified that met the predefined inclusion criteria. Large heterogeneity in the definitions of the target user group, study populations, study designs, and assessment methods was found across the included studies. No generic methodology to evaluate robotic rollators could be identified. We found major methodological shortcomings related to insufficient sample descriptions and sample sizes, and lack of appropriate, standardized and validated assessment methods. Long-term use in habitual environment was also not evaluated.Conclusions: Apart from the heterogeneity, methodological deficits in most of the identified studies became apparent. Recommendations for future evaluation studies include: clear definition of target user group, adequate selection of subjects, inclusion of other assistive mobility devices for comparison, evaluation of the habitual use of advanced prototypes, adequate assessment strategy with established, standardized and validated methods, and statistical analysis of study results. Assessment strategies may additionally focus on specific functionalities of the robotic rollators allowing an individually tailored assessment of innovative features to document their added value

An Integrated Decision Making Approach for Adaptive Shared Control of Mobility Assistance Robots

© 2016, Springer Science+Business Media Dordrecht. Mobility assistance robots provide support to elderly or patients during walking. The design of a safe and intuitive assistance behavior is one of the major challenges in this context. We present an integrated approach for the context-specific, on-line adaptation of the assistance level of a rollator-type mobility assistance robot by gain-scheduling of low-level robot control parameters. A human-inspired decision-making model, the drift-diffusion Model, is introduced as the key principle to gain-schedule parameters and with this to adapt the provided robot assistance in order to achieve a human-like assistive behavior. The mobility assistance robot is designed to provide (a) cognitive assistance to help the user following a desired path towards a predefined destination as well as (b) sensorial assistance to avoid collisions with obstacles while allowing for an intentional approach of them. Further, the robot observes the user long-term performance and fatigue to adapt the overall level of (c) physical assistance provided. For each type of assistance a decision-making problem is formulated that affects different low-level control parameters. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated in technical validation experiments. Moreover, the proposed approach is evaluated in a user study with 35 elderly persons. Obtained results indicate that the proposed gain-scheduling technique incorporating ideas of human decision-making models shows a general high potential for the application in adaptive shared control of mobility assistance robots

Ambient Assisted Living Technology

Ambient assisted living technology, known as ambient welfare technology in Denmark, promises to play a prominent role in the future of home health care. This project, sponsored by the Danish Association of the Blind, investigated the social and political context of ambient welfare technology and the primary concerns of stakeholder’s in its development. The results from our research were used to develop criteria for evaluating assistive devices and make recommendations for future development of these technologies

User involvement in the design and evaluation of a smart mobility aid

This paper describes the design and evaluation of an innovative smart mobility aid for the frail visually impaired. The Personal Adaptive Mobility AID (PAM-AID) was developed to address the difficulties in personal mobility of the frail and elderly visually impaired. The paper provides an overview of the PAM-AID research at Trinity College and describes the evolutionary nature of the design process. Because there were no existing systems to guide its development, a series of proto-types was constructed and they were regularly evaluated in the field. This approach views potential users as vital contributing members of the design team and led to rapid and hopefully useful improvements in the design

Assistive mobility devices focusing on smart walkers : classification and review

In an aging society it is extremely important to develop devices, which can support and aid the elderly in their daily life. This demands means and tools that extend independent living and promote improved health. Thus, the goal of this article is to review the state of the art in the robotic technology for mobility assistive devices for people with mobility disabilities. The important role that robotics can play in mobility assistive devices is presented, as well as the identification and survey of mobility assistive devices subsystems with a particular focus on the walkers technology. The advances in the walkers’ field have been enormous and have shown a great potential on helping people with mobility disabilities. Thus it is presented a review of the available literature of walkers and are discussed major advances that have been made and limitations to be overcome

Nutzerorientierte Evaluation zweier altersgerechter Assistenzroboter zur Unterstützung von Alltagsaktivitäten („Ambient Assisted Living-Roboter“) bei älteren Menschen mit funktionellen Einschränkungen: MOBOT-Rollator und I-SUPPORT-Duschroboter

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die nutzerorientierte Evaluation zweier Prototypen für altersgerechte Assistenzroboter zur Unterstützung von Alltagsaktivitäten („Ambient Assisted Living“ [AAL]-Roboter) bei älteren Menschen mit funktionellen Einschränkungen. Bei den Prototypen handelt es sich dabei um (1) einen robotergestützten Rollator zur Unterstützung der Mobilität (MOBOT) und (2) einen Assistenzroboter zur Unterstützung von Duschaktivitäten (I-SUPPORT). Manuskript I dokumentiert eine systematische Literaturanalyse des methodischen Vorgehens bisheriger Studien zur Evaluation robotergestützter Rollatoren aus der Nutzerperspektive. Die meisten Studien zeigen erhebliche methodische Mängel, wie unzureichende Stichprobengrößen/-beschreibungen; Teilnehmer nicht repräsentativ für die Nutzergruppe der robotergestützten Rollatoren; keine geeigneten, standardisierten und validierten Assessmentmethoden und/oder keine Inferenzstatistik. Ein generisches methodisches Vorgehen für die Evaluation robotergestützter Rollatoren konnte nicht identifiziert werden. Für die Konzeption und Durchführung zukünftiger Studien zur Evaluation robotergestützter Rollatoren, aber auch anderer AAL-Systeme werden in Manuskript I abschließend Handlungsempfehlungen formuliert. Manuskript II analysiert die Untersuchungsergebnisse der in Manuskript I identifizierten Studien. Es zeigen sich sehr heterogene Ergebnisse hinsichtlich des Mehrwerts der innovativen Assistenzfunktionen von robotergestützten Rollatoren. Im Allgemeinen werden sie jedoch als positiv von den Nutzern wahrgenommen. Die große Heterogenität und methodischen Mängel der Studien schränken die Interpretierbarkeit ihre Untersuchungsergebnisse stark ein. Insgesamt verdeutlicht Manuskript II, dass die Evidenz zur Effektivität und positiven Wahrnehmung robotergestützter Rollatoren aus der Nutzerperspektive noch unzureichend ist. Basierend auf den Erkenntnissen und Handlungsempfehlungen der systematischen Literaturanalysen aus Manuskript I und II wurden die nutzerorientierten Evaluationsstudien des MOBOT-Rollators konzipiert und durchgeführt (Manuskript III-VI). Manuskript III überprüft die Effektivität des in den MOBOT-Rollator integrierten Navigationssystems bei potentiellen Nutzern (= ältere Personen mit Gangstörungen bzw. Rollator als Gehhilfe im Alltag). Es liefert erstmals einen statistischen Nachweis dafür, dass eine solche Assistenzfunktion effektiv ist, um die Navigationsleistung der Nutzer (z. B. geringer Stoppzeit, kürzere Wegstrecke) – insbesondere derjenigen mit kognitiven Einschränkungen – in einem realitätsnahen Anwendungsszenario zu verbessern. Manuskript IV untersucht die konkurrente Validität des MOBOT-integrierten Ganganalysesystems bei potentiellen Nutzern. Im Vergleich zu einem etablierten Referenzstandard (GAITRite®-System) zeigt es eine hohe konkurrente Validität für die Erfassung zeitlicher, nicht jedoch raumbezogener Gangparameter. Diese können zwar ebenfalls mit hoher Konsistenz gemessen werden, aber lediglich mit einer begrenzten absoluten Genauigkeit. Manuskript V umfasst die nutzerorientierte Evaluation der im MOBOT-Rollator integrierten Assistenzfunktion zur Hindernisvermeidung und belegt erstmals die Effektivität einer solchen Funktionen bei potentiellen Nutzern. Unter Verwendung des für den MOBOT-Rollator neu entwickelten technischen Ansatzes für die Hindernisvermeidung zeigten die Teilnehmer signifikante Verbesserungen bei der Bewältigung eines Hindernisparcours (weniger Kollisionen und geringere Annäherungsgeschwindigkeit an die Hindernisse). Manuskript VI dokumentiert die Effektivität und Zufriedenheit mit der Aufstehhilfe des MOBOT-Rollators von potentiellen Nutzern. Es wird gezeigt, dass die Erfolgsrate für den Sitzen-Stehen-Transfer älterer Personen mit motorischen Einschränkungen durch die Aufstehhilfe signifikant verbessert werden kann. Die Ergebnisse belegen zudem eine hohe Nutzerzufriedenheit mit dieser Assistenzfunktion, insbesondere bei Personen mit höherem Body-Mass-Index. Manuskript VII untersucht die Mensch-Roboter-Interaktion zwischen dem I-SUPPORT-Duschroboter und seiner potentiellen Nutzer (= ältere Personen mit Problemen bei Baden/Duschen) und überprüft deren Effektivität sowie Zufriedenheit mit drei unterschiedlich autonomen Betriebsmodi. Die Studienergebnisse dokumentieren, dass sich mit zunehmender Kontrolle des Nutzers (= abnehmende Autonomie des Duschroboters) nicht nur die Effektivität für das Abduschen eines definierten Körperbereichs verringert, sondern auch die Nutzerzufriedenheit sinkt. Manuskript VIII umfasst die Evaluation eines spezifischen Nutzertrainings auf die gestenbasierte Mensch-Roboter-Interaktion mit dem I-SUPPORT-Duschroboter. Es wird gezeigt, dass ein solches Training die Ausführung der Gesten potentieller Nutzer und sowie die Gestenerkennungsrate des Duschroboters signifikant verbessern, was insgesamt auf eine optimierte Mensch-Roboter-Interaktion in Folge des Trainings schließen lässt. Teilnehmer mit der schlechtesten Ausgangsleistung in der Ausführung der Gesten und mit der größten Angst vor Technologien profitierten am meisten vom Nutzertraining. Insgesamt belegen die Studienergebnisse zur nutzerorientierten Evaluation des MOBOT-Rollators die Effektivität und Gültigkeit seiner innovativen Teilfunktionen. Sie weisen auf ein hohes Potential der Assistenzfunktionen (Navigationssystem, Hindernisvermeidung, Aufstehhilfe) zur Verbesserung der Mobilität älterer Menschen mit motorischen Einschränkungen hin. Vor dem Hintergrund der methodischen Mängel und unzureichenden evidenzbasierten Datenlage hierzu, liefert diese Dissertationsschrift erstmals statistische Belege für den Mehrwert solcher Teilfunktionen bei potentiellen Nutzern und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Schließung der bisherigen Forschungslücke hinsichtlich des nutzerorientierten Wirksamkeits- und Gültigkeitsnachweises robotergestützter Rollatoren und ihrer innovativen Teilfunktionen. Die Ergebnisse der Studien des I-SUPPORT-Duschroboters liefern wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Mensch-Roboter-Interaktion im höheren Alter. Sie zeigen, dass bei älteren Nutzern für eine effektive Interaktion Betriebsmodi mit einem hohen Maß an Autonomie des Duschroboters notwendig sind. Trotz ihrer eingeschränkten Kontrolle über den Roboter, waren die Nutzer mit dem autonomsten Betriebsmodus sogar am zufriedensten. Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse hinsichtlich der gestenbasierten Interaktion mit dem I-SUPPORT-Duschroboter, dass zukünftige Entwicklungen von altersgerechten Assistenzrobotern mit gestenbasierter Interaktion nicht nur die Verbesserungen technischer Aspekte, sondern auch die Sicherstellung und Verbesserungen der Qualität der Nutzergesten für die Mensch-Roboter-Interaktion durch geeignete Trainings- oder Schulungsmaßnahmen berücksichtigen sollten. Das vorgestellte Nutzertraining könnte hierfür ein mögliches Modell darstellen