Development of a human- robot-environment interface for walker-assisted locomotion

Abstract

In recent years, different factors have contributed to the growth of the population with disabilities, becoming an important focus of study and research worldwide. In this way, the constant work of medicine, engineering, and robotics have led to the development of different gait assistive devices. Among these devices, smart walkers have emerged intending to provide physical and cognitive assistance during the rehabilitation process. The smart walkers are often equipped with actuators and sensory modalities that provide monitoring mechanisms and individual’s intention estimators for user interaction, as well as several control strategies for movement and assistance level control. Accordingly, this master’s thesis presents the design, development, and implementation of a Human-Robot-Environment interface in a robotic platform that emulates a smart walker, the AGoRAWalker. This interface is made up of several modules such as a navigation and people detection system, a safety system, a motion intention detection system, and a group of autonomous and shared control strategies. The functionalities of the AGoRA Walker were validated through different experiments in healthy and pathological volunteers. Likewise, usability and performance tests of the platform were carried out, finding that the AGoRA Walker can provide an intuitive and natural interaction in different rehabilitation scenarios.

En los últimos años, diferentes factores han contribuido al crecimiento de la población con discapacidades, convirtiéndose en un importante foco de estudio e investigación en todo el mundo. De esta manera, el trabajo constante de la medicina, la ingeniería y la robótica han llevado a la el desarrollo de diferentes dispositivos de ayuda a la marcha. Entre estos dispositivos, los andadores inteligentes han surgido con la intención de proporcionar asistencia física y cognitiva durante la rehabilitación proceso. Los caminantes inteligentes a menudo están equipados con actuadores y sensores que proporcionan mecanismos de seguridad y estimadores de intención de movimiento para la interacción con los usuarios, así como varias estrategias de control para el movimiento y la asistencia. En consecuencia, esta tesis de maestría presenta el diseño, desarrollo e implementación de una interfaz Humano-Robot-Ambiente en una plataforma robótica que emula a un caminador inteligente, el AGoRA Walker. Esta interfaz está compuesta por varios módulos como un sistema de navegación y de detección de personas, un sistema de seguridad, un sistema de detección de intención de movimiento, y un grupo de estrategias de control autónomas y compartidas. Las funcionalidades del AGoRA Walker fueron validadas a través de diferentes experimentos en voluntarios sanos y patológicos. Asimismo, se llevaron a cabo pruebas de usabilidad y rendimiento de la plataforma, encontrando que el AGoRA Walker puede proporcionar una interacción intuitiva y natural en diferentes escenarios de rehabilitación.