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

Overground walking training with the i-Walker, a robotic servo-assistive device, enhances balance in patients with subacute stroke: a randomized controlled trial

Background: Patients affected by mild stroke benefit more from physiological overground walking training than walking-like training performed in place using specific devices. The aim of the study was to evaluate the effects of overground robotic walking training performed with the servo-assistive robotic rollator (i-Walker) on walking, balance, gait stability and falls in a community setting in patients with mild subacute stroke. Methods: Forty-four patients were randomly assigned to two different groups that received the same therapy in two daily 40-min sessions 5 days a week for 4 weeks. Twenty sessions of standard therapy were performed by both groups. In the other 20 sessions the subjects enrolled in the i-Walker-Group (iWG) performed with the i-Walker and the Control-Group patients (CG) performed the same amount of conventional walking oriented therapy. Clinical and instrumented gait assessments were made pre- and post-treatment. The follow-up observation consisted of recording the number of fallers in the community setting after 6 months. Results: Treatment effectiveness was higher in the iWG group in terms of balance improvement (Tinetti: 68.4 ± 27.6 % vs. 48.1 ± 33.9 %, p= 0.033) and 10-m and 6-min timed walking tests (significant interaction between group and time: F(1,40) = 14.252, p = 0.001; and F (1,40) = 7.883, p = 0.008, respectively). When measured, latero-lateral upper body accelerations were reduced in iWG (F= 4.727, p= 0.036), suggesting increased gait stability, which was supported by a reduced number of falls at home. Conclusions: A robotic servo-assisted i-Walker improved walking performance and balance in patients affected by mild/moderate stroke, leading to increased gait stability and reduced falls in the community.Peer ReviewedPostprint (published version

Overground walking training with the i-Walker, a robotic servo-assistive device, enhances balance in patients with subacute stroke: a randomized controlled trial

Background: Patients affected by mild stroke benefit more from physiological overground walking training than walking-like training performed in place using specific devices. The aim of the study was to evaluate the effects of overground robotic walking training performed with the servo-assistive robotic rollator (i-Walker) on walking, balance, gait stability and falls in a community setting in patients with mild subacute stroke. Methods: Forty-four patients were randomly assigned to two different groups that received the same therapy in two daily 40-min sessions 5 days a week for 4 weeks. Twenty sessions of standard therapy were performed by both groups. In the other 20 sessions the subjects enrolled in the i-Walker-Group (iWG) performed with the i-Walker and the Control-Group patients (CG) performed the same amount of conventional walking oriented therapy. Clinical and instrumented gait assessments were made pre- and post-treatment. The follow-up observation consisted of recording the number of fallers in the community setting after 6 months. Results: Treatment effectiveness was higher in the iWG group in terms of balance improvement (Tinetti: 68.4 +/- 27.6 % vs. 48.1 +/- 33.9 %, p = 0.033) and 10-m and 6-min timed walking tests (significant interaction between group and time: F(1,40) = 14.252, p = 0.001; and F(1,40) = 7.883, p = 0.008, respectively). When measured, latero-lateral upper body accelerations were reduced in iWG (F = 4.727, p = 0.036), suggesting increased gait stability, which was supported by a reduced number of falls at home. Conclusions: A robotic servo-assisted i-Walker improved walking performance and balance in patients affected by mild/moderate stroke, leading to increased gait stability and reduced falls in the community

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

Design Principles for FES Concept Development

© Cranfield University 2013. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced without the written permission of the copyright owner.A variety of pathologies can cause injury to the spinal cord and hinder movement. A range of equipment is available to help spinal injury sufferers move their affected limbs. One method of rehabilitation is functional electrical stimulation (FES). FES is a technique where small electrical currents are applied to the surface of the user’s legs to stimulate the muscles. Studies have demonstrated the benefits of using this method and it has also been incorporated into a number of devices. The aim of the project was to produce a number of designs for a new device that uses FES technology. The project was completed in conjunction with an industrial partner. A review of the literature and consultation with industrial experts suggested a number of ways current devices could be improved. These included encouraging the user to lean forwards while walking and powering the device using a more ergonomic method. A group of designers were used to produce designs that allowed the user to walk with a more natural gait and avoided cumbersome power packs. The most effective of these designs were combined to form one design that solved both problems. A 3-dimensional model of this design was simulated using computer-aided design software. Groups of engineers, scientists and consumers were also invited to provide input on how a new device should function. Each of these groups provided a design that reflected their specific needs, depending on their experience with similar technology. Low level prototypes were produced of these designs. A group of designers were also used to design concepts for a functional electrical stimulation device based on an introduction given by industry experts. Each of the designs was presented to experienced professionals to obtain feedback. A set of guidelines were also produced during the project that instructed how to create the designs

Human sit-to-stand transfer modeling towards intuitive and biologically-inspired robot assistance

© 2016, Springer Science+Business Media New York. Sit-to-stand (STS) transfers are a common human task which involves complex sensorimotor processes to control the highly nonlinear musculoskeletal system. In this paper, typical unassisted and assisted human STS transfers are formulated as optimal feedback control problem that finds a compromise between task end-point accuracy, human balance, energy consumption, smoothness of motion and control and takes further human biomechanical control constraints into account. Differential dynamic programming is employed, which allows taking the full, nonlinear human dynamics into consideration. The biomechanical dynamics of the human is modeled by a six link rigid body including leg, trunk and arm segments. Accuracy of the proposed modelling approach is evaluated for different human healthy and patient/elderly subjects by comparing simulations and experimentally collected data. Acceptable model accuracy is achieved with a generic set of constant weights that prioritize the different criteria. Finally, the proposed STS model is used to determine optimal assistive strategies suitable for either a person with specific body segment weakness or a more general weakness. These strategies are implemented on a robotic mobility assistant and are intensively evaluated by 33 elderlies, mostly not able to perform unassisted STS transfers. The validation results show a promising STS transfer success rate and overall user satisfaction

Active Training and Assistance Device for an Individually Adaptable Strength and Coordination Training

Das Altern der Weltbevölkerung, insbesondere in der westlichen Welt, stellt die Menschheit vor eine große Herausforderung. Zu erwarten sind erhebliche Auswirkungen auf den Gesundheitssektor, der im Hinblick auf eine steigende Anzahl von Menschen mit altersbedingtem körperlichem und kognitivem Abbau und dem damit erhöhten Bedürfnis einer individuellen Versorgung vor einer großen Aufgabe steht. Insbesondere im letzten Jahrhundert wurden viele wissenschaftliche Anstrengungen unternommen, um Ursache und Entwicklung altersbedingter Erkrankungen, ihr Voranschreiten und mögliche Behandlungen, zu verstehen. Die derzeitigen Modelle zeigen, dass der entscheidende Faktor für die Entwicklung solcher Krankheiten der Mangel an sensorischen und motorischen Einflüssen ist, diese wiederum sind das Ergebnis verringerter Mobilität und immer weniger neuer Erfahrungen. Eine Vielzahl von Studien zeigt, dass erhöhte körperliche Aktivität einen positiven Effekt auf den Allgemeinzustand von älteren Erwachsenen mit leichten kognitiven Beeinträchtigungen und den Menschen in deren unmittelbarer Umgebung hat. Diese Arbeit zielt darauf ab, älteren Menschen die Möglichkeit zu bieten, eigenständig und sicher ein individuelles körperliches Training zu absolvieren. In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Forschung im Bereich der robotischen Bewegungsassistenten, auch Smarte Rollatoren genannt, den Fokus auf die sensorische und kognitive Unterstützung für ältere und eingeschränkte Personen gesetzt. Durch zahlreiche Bemühungen entstand eine Vielzahl von Ansätzen zur Mensch-Rollator-Interaktion, alle mit dem Ziel, Bewegung und Navigation innerhalb der Umgebung zu unterstützen. Aber trotz allem sind Trainingsmöglichkeiten zur motorischen Aktivierung mittels Smarter Rollatoren noch nicht erforscht. Im Gegensatz zu manchen Smarten Rollatoren, die den Fokus auf Rehabilitationsmöglichkeiten für eine bereits fortgeschrittene Krankheit setzen, zielt diese Arbeit darauf ab, kognitive Beeinträchtigungen in einem frühen Stadium soweit wie möglich zu verlangsamen, damit die körperliche und mentale Fitness des Nutzers so lang wie möglich aufrechterhalten bleibt. Um die Idee eines solchen Trainings zu überprüfen, wurde ein Prototyp-Gerät namens RoboTrainer-Prototyp entworfen, eine mobile Roboter-Plattform, die mit einem zusätzlichen Kraft-Momente-Sensor und einem Fahrradlenker als Eingabe-Schnittstelle ausgestattet wurde. Das Training beinhaltet vordefinierte Trainingspfade mit Markierungen am Boden, entlang derer der Nutzer das Gerät navigieren soll. Der Prototyp benutzt eine Admittanzgleichung, um seine Geschwindigkeit anhand der Eingabe des Nutzers zu berechnen. Desweiteren leitet das Gerät gezielte Regelungsaktionen bzw. Verhaltensänderungen des Roboters ein, um das Training herausfordernd zu gestalten. Die Pilotstudie, die mit zehn älteren Erwachsenen mit beginnender Demenz durchgeführt wurde, zeigte eine signifikante Steigerung ihrer Interaktionsfähigkeit mit diesem Gerät. Sie bewies ebenfalls den Nutzen von Regelungsaktionen, um die Komplexität des Trainings ständig neu anzupassen. Obwohl diese Studie die Durchführbarkeit des Trainings zeigte, waren Grundfläche und mechanische Stabilität des RoboTrainer-Prototyps suboptimal. Deswegen fokussiert sich der zweite Teil dieser Arbeit darauf, ein neues Gerät zu entwerfen, um die Nachteile des Prototyps zu beheben. Neben einer erhöhten mechanischen Stabilität, ermöglicht der RoboTrainer v2 eine Anpassung seiner Grundfläche. Dieses spezifische Merkmal der Smarten Rollatoren dient vor allem dazu, die Unterstützungsfläche für den Benutzer anzupassen. Das ermöglicht einerseits ein agiles Training mit gesunden Personen und andererseits Rehabilitations-Szenarien bei Menschen, die körperliche Unterstützung benötigen. Der Regelungsansatz für den RoboTrainer v2 erweitert den Admittanzregler des Prototypen durch drei adaptive Strategien. Die erste ist die Anpassung der Sensitivität an die Eingabe des Nutzers, abhängig von der Stabilität des Nutzer-Rollater-Systems, welche Schwankungen verhindert, die dann passieren können, wenn die Hände des Nutzers versteifen. Die zweite Anpassung beinhaltet eine neuartige nicht-lineare, geschwindigkeits-basierende Änderung der Admittanz-Parameter, um die Wendigkeit des Rollators zu erhöhen. Die dritte Anpassung erfolgt vor dem eigentlichen Training in einem Parametrierungsprozess, wo nutzereigene Interaktionskräfte gemessen werden, um individuelle Reglerkonstanten fein abzustimmen und zu berechnen. Die Regelungsaktionen sind Verhaltensänderungen des Gerätes, die als Bausteine für unterstützende und herausfordernde Trainingseinheiten mit dem RoboTrainer dienen. Sie nutzen das virtuelle Kraft-Feld-Konzept, um die Bewegung des Gerätes in der Trainingsumgebung zu beeinflussen. Die Bewegung des RoboTrainers wird in der Gesamtumgebung durch globale oder, in bestimmten Teilbereichen, durch räumliche Aktionen beeinflusst. Die Regelungsaktionen erhalten die Absicht des Nutzers aufrecht, in dem sie eine unabhängige Admittanzdynamik implementieren, um deren Einfluss auf die Geschwindigkeit des RoboTrainers zu berechnen. Dies ermöglicht die entscheidende Trennung von Reglerzuständen, um während des Trainings passive und sichere Interaktionen mit dem Gerät zu erreichen. Die oben genannten Beiträge wurden getrennt ausgewertet und in zwei Studien mit jeweils 22 bzw. 13 jungen, gesunden Erwachsenen untersucht. Diese Studien ermöglichen einen umfassenden Einblick in die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Funktionalitäten und deren Einfluss auf die Nutzer. Sie bestätigen den gesamten Ansatz, sowie die gemachten Vermutungen im Hinblick auf die Gestaltung einzelner Teile dieser Arbeit. Die Einzelergebnisse dieser Arbeit resultieren in einem neuartigen Forschungsgerät für physische Mensch-Roboter-Interaktionen während des Trainings mit Erwachsenen. Zukünftige Forschungen mit dem RoboTrainer ebnen den Weg für Smarte Rollatoren als Hilfe für die Gesellschaft im Hinblick auf den bevorstehenden demographischen Wandel

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

Development of Waterloo Robotic Rollator (WATRR)

One of the major risk factors for impaired mobility is aging, and with the aging population on the rise, the demand for assistive technologies for individuals with mobility impairment is at an all time high. Impaired mobility can lead to loss of independence, increased chance of mortality, deterioration of health, decreased cognitive function and a poor quality of life. Moreover, individuals with impaired mobility also tend to have higher hospital utilization costs. Mobility capability can be (re)built through the use of assistive technologies. Rollators/Walkers are a commonly used mobility aid that has shown to help with mobility by providing support, particularly transferring a portion of the lower limb loads to the upper limbs. However, safety has been a concern with rollators, with thousands of accidents occurring every year. Currently, many research projects are investigating methods to improve rollators, particularly surrounding the use of robotic rollators. At University of Waterloo Neural and Rehabilitation lab (NRE lab), our goal is to develop technology to improve lives of people, with development of robotic rollators being one of our research foci. The Waterloo Robotic Rollators (WATRR) is an active rollator system with built-in sensing and actuation systems. It is believed that the user experience and safety of rollators can be improved through the use of smart control algorithms. The purpose of this thesis was to develop methods to address safety and user experience concerns by proposing a hybrid control approach, where distance and orientation control are key control parameters, including automatic braking. First, the Waterloo Robotic Rollator (WATRR), a low weight robotic rollator platform, representative of current rollators with sensors and actuators is presented. I describe key design decisions for the platform, offer an overview of the software architecture, and discuss further research development goals. The proposed hybrid controller is then described and both simulation and experimental data for controller design is presented. To enable the envisioned hybrid control systems, a human state estimator and a robot state estimator are required. The human state estimator uses computer vision and machine learning in a hourglass network structure to predict shoulder locations. Using the estimated location and depth data, human velocity, distance and orientation relative to the rollator are estimated. For the robot state estimator, a new velocity estimator based on learning methods is proposed. As rollator lateral velocity can be difficult to estimate with traditional methods, we propose an augmented learning-aided state estimator. This estimator is a Long- Short-Term Memory (LSTM) based estimator, augmented with an Unscented Kalman Filter (UKF). The proposed estimator was validated through experimental data. The main contribution of this thesis was a new lightweight rollator system with sensors and actuators that enabled development of advanced controls. Next, previous control systems are not only improved upon by using a new hybrid controller but also implemented on our platform. A new robot state estimator is developed that relies solely on the kinematics and is able to estimate lateral velocity with a mean error of $<10mm/s$ without requiring additional instrumentation or knowledge of the rollator's time varying parameters. Finally, a new human state estimator is designed which does not require instrumentation on the human and outperforms current estimators