Robot-aided gait rehabilitation facilitates high-intensity and repeatable therapy. However, most exoskeletons rely on pre-recorded, non-personalized gait trajectories constrained to the sagittal plane, potentially limiting movement naturalness and user comfort. We present a data-driven gait personalization framework for an exoskeleton that supports multi-planar motion, including hip abduction/adduction and pelvic translation and rotation. Personalized trajectories to individual participants were generated using regression models trained on anthropometric, demographic, and walking speed data from a normative database. In a within-subject experiment involving ten unimpaired participants, these personalized trajectories were evaluated in regard to comfort, naturalness, and overall experience and compared against two standard patterns from the same database: one averaging all the trajectories, and one randomly selected. We did not find relevant differences across pattern conditions, despite all trajectories being executed with high accuracy thanks to a stiff position-derivative controller. We found, however, that pattern conditions in later trials were rated as more comfortable and natural than those in the first trial, suggesting that participants might have adapted to walking within the exoskeleton, regardless of the enforced gait pattern. Our findings highlight the importance of integrating subjective feedback when designing personalized gait controllers and accounting for user adaptation during experimentation.


翻译:机器人辅助步态康复能够实现高强度、可重复的治疗。然而,大多数外骨骼依赖于预先录制的、非个性化的步态轨迹,且局限于矢状面内的运动,这可能限制了运动的自然性和用户的舒适度。我们提出了一种数据驱动的步态个性化框架,适用于支持多平面运动(包括髋关节外展/内收以及骨盆平移与旋转)的外骨骼。个性化轨迹是通过基于规范数据库中人体测量学、人口统计学和步行速度数据训练的回归模型,为每位受试者生成的。在一项涉及十名健康受试者的受试者内实验中,我们评估了这些个性化轨迹在舒适度、自然性和整体体验方面的表现,并将其与同一数据库中的两种标准模式进行了比较:一种是所有轨迹的平均模式,另一种是随机选择的模式。尽管所有轨迹都通过高刚度的位置-导数控制器得以高精度执行,但我们并未发现不同模式条件之间存在显著差异。然而,我们发现,在后续试验中呈现的模式条件被评价为比第一次试验中的模式条件更舒适、更自然,这表明无论强制的步态模式如何,受试者可能已经适应了在外骨骼内的行走。我们的研究结果强调了在设计个性化步态控制器时整合主观反馈,以及在实验过程中考虑用户适应性的重要性。

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