Bewegungsintentionsschätzung auf Basis von Gelenkkoordination (Motion Intention Estimation Based on Interjoint Coordination)

摘要

Für die Gangrestitution halbseitig gelähmter Patienten durch motorisierte Orthesen, genauso wie für intelligente Prothesen, stellt die Koordinierung gesunder und robotisch unterstützter Gliedmaßen eine regelungstechnische Herausforderung dar. Der hier vorgeschlagene Ansatz verwendet die Methode der Hauptkomponentenanalyse, um die Kopplungen der Freiheitsgrade im gesunden menschlichen Gang zu analysieren. Auf Grundlage dieser statistischen Zusammenhänge werden in Echtzeit aus den Bewegungen des gesunden Beins passende Bewegungen für das kranke Bein geschätzt. So kann die Intention eines teilweise gelähmten oder beinamputierten Patienten aus seiner übrigen Körperbewegung abgeleitet werden, um die beeinträchtigten Glieder zu aktuieren oder zu überwachen. Um diesen Ansatz zu evaluieren, werden Simulationen mit aufgezeichneten Gangtrajektorien gesunder Probanden durchgeführt. Die Resultate dieser theoretischen Untersuchungen zeigen ein vielversprechendes Potential. For the restitution of walking of a hemiplegic patient by means of a motorized orthosis, as well as in intelligent prosthetics, a major challenge is the coordination of healthy and robotically assisted limbs. The approach suggested here employs the method of Principal Components Analysis to first analyze the coupling of human joint motion in healthy subjects. Based on this knowledge, adequate motion for inoperable limbs in impaired patients is estimated on-line from sound limb motion. Thus, the intention of a partially paralyzed person or an amputee can be deduced from residual body motion, in order to coordinately actuate or supervise the impaired limbs. To evaluate the approach, simulations with recorded gait trajectories of healthy subjects are performed. The results of these theoretical investigations show a promising potential.