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

Empowering and assisting natural human mobility: The simbiosis walker

This paper presents the complete development of the Simbiosis Smart Walker. The device is equipped with a set of sensor subsystems to acquire user-machine interaction forces and the temporal evolution of user's feet during gait. The authors present an adaptive filtering technique used for the identification and separation of different components found on the human-machine interaction forces. This technique allowed isolating the components related with the navigational commands and developing a Fuzzy logic controller to guide the device. The Smart Walker was clinically validated at the Spinal Cord Injury Hospital of Toledo - Spain, presenting great acceptability by spinal chord injury patients and clinical staf

A flexible sensor technology for the distributed measurement of interaction pressure

We present a sensor technology for the measure of the physical human-robot interaction pressure developed in the last years at Scuola Superiore Sant'Anna. The system is composed of flexible matrices of opto-electronic sensors covered by a soft silicone cover. This sensory system is completely modular and scalable, allowing one to cover areas of any sizes and shapes, and to measure different pressure ranges. In this work we present the main application areas for this technology. A first generation of the system was used to monitor human-robot interaction in upper- (NEUROExos; Scuola Superiore Sant'Anna) and lower-limb (LOPES; University of Twente) exoskeletons for rehabilitation. A second generation, with increased resolution and wireless connection, was used to develop a pressure-sensitive foot insole and an improved human-robot interaction measurement systems. The experimental characterization of the latter system along with its validation on three healthy subjects is presented here for the first time. A perspective on future uses and development of the technology is finally drafted

Rehabilitation robot cell for multimodal standing-up motion augmentation

The paper presents a robot cell for multimodal standing-up motion augmentation. The robot cell is aimed at augmenting the standing-up capabilities of impaired or paraplegic subjects. The setup incorporates the rehabilitation robot device, functional electrical stimulation system, measurement instrumentation and cognitive feedback system. For controlling the standing-up process a novel approach was developed integrating the voluntary activity of a person in the control scheme of the rehabilitation robot. The simulation results demonstrate the possibility of “patient-driven” robot-assisted standing-up training. Moreover, to extend the system capabilities, the audio cognitive feedback is aimed to guide the subject throughout rising. For the feedback generation a granular synthesis method is utilized displaying high-dimensional, dynamic data. The principle of operation and example sonification in standing-up are presented. In this manner, by integrating the cognitive feedback and “patient-driven” actuation systems, an effective motion augmentation system is proposed in which the motion coordination is under the voluntary control of the user

Reimagining Robotic Walkers For Real-World Outdoor Play Environments With Insights From Legged Robots: A Scoping Review

PURPOSE For children with mobility impairments, without cognitive delays, who want to participate in outdoor activities, existing assistive technology (AT) to support their needs is limited. In this review, we investigate the control and design of a selection of robotic walkers while exploring a selection of legged robots to develop solutions that address this gap in robotic AT. METHOD We performed a comprehensive literature search from four main databases: PubMed, Google Scholar, Scopus, and IEEE Xplore. The keywords used in the search were the following: “walker”, “rollator”, “smart walker”, “robotic walker”, “robotic rollator”. Studies were required to discuss the control or design of robotic walkers to be considered. A total of 159 papers were analyzed. RESULTS From the 159 papers, 127 were excluded since they failed to meet our inclusion criteria. The total number of papers analyzed included publications that utilized the same device, therefore we classified the remaining 32 studies into groups based on the type of robotic walker used. This paper reviewed 15 different types of robotic walkers. CONCLUSIONS The ability of many-legged robots to negotiate and transition between a range of unstructured substrates suggests several avenues of future consideration whose pursuit could benefit robotic AT, particularly regarding the present limitations of wheeled paediatric robotic walkers for children’s daily outside use. For more information: Kod*lab (link to kodlab.seas.upenn.edu

Robotic and Sensor Technologies for Mobility in Older People

Maintaining independent mobility is fundamental to independent living and to the quality of life of older people. Robotic and sensor technologies may offer a lot of potential and can make a significant difference in the lives of older people and to their primary caregivers. The aim of this study was to provide a presentation of the methods that are used up till now for analysis and evaluation of human mobility utilizing sensor technologies and to give the state of the art in robotic platforms for supporting older people with mobility limitations. The literature was reviewed and systematic reviews of cohort studies and other authoritative reports were identified. The selection criteria included (1) patients with age â\u89¥60 years; (2) patients with unstable gait, with or without recurrent falls; (3) patients with slow movements, short strides, and little trunk movement; (4) sensor technologies that are currently used for mobility evaluation; and (5) robotic technologies that can serve as a supporting companion for older people with mobility limitations. One hundred eighty-one studies published up until February 2017 were identified, of which 36 were included. Two categories of research were identified from the review regarding the robot and sensor technologies: (1) sensor technologies for mobility analysis and (2) robots for supporting older people with mobility limitations. Potential for robotic and sensor technologies can be taken advantage of for evaluation and support at home for elder persons with mobility limitations in an automated way without the need of the physical presence of any medical personnel, reducing the stress of caregivers

高齢者とともに歩行する社会的支援ヒューマノイドに関する研究

筑波大学 (University of Tsukuba)201

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

Haptic wearables as sensory replacement, sensory augmentation and trainer - a review

Sensory impairments decrease quality of life and can slow or hinder rehabilitation. Small, computationally powerful electronics have enabled the recent development of wearable systems aimed to improve function for individuals with sensory impairments. The purpose of this review is to synthesize current haptic wearable research for clinical applications involving sensory impairments. We define haptic wearables as untethered, ungrounded body worn devices that interact with skin directly or through clothing and can be used in natural environments outside a laboratory. Results of this review are categorized by degree of sensory impairment. Total impairment, such as in an amputee, blind, or deaf individual, involves haptics acting as sensory replacement; partial impairment, as is common in rehabilitation, involves haptics as sensory augmentation; and no impairment involves haptics as trainer. This review found that wearable haptic devices improved function for a variety of clinical applications including: rehabilitation, prosthetics, vestibular loss, osteoarthritis, vision loss and hearing loss. Future haptic wearables development should focus on clinical needs, intuitive and multimodal haptic displays, low energy demands, and biomechanical compliance for long-term usage